Predpovedať hurikány, varovať pred zemetraseniami, riadiť globálne atmosférické javy - to je sen modernej vedy, ktorá študuje komplexy príčin, ktoré sú základom udalosti. Hurikánový vietor je jednou z oblastí výskumu fyziky atmosféry, ktorá už dlhé roky celkom úspešne predpovedá trajektórie vírov, stále však nedokáže predpovedať ich silu, a teda rozsah možného zničenia.
Už 20 rokov sa výskum pohybuje okolo „hurikánovej rovnice“, ktorá je odvodená z nášho chápania mechanizmu jej vzniku. Povedzme, že sa nad oceánom formuje hurikán. Bolo to spôsobené konvekčným nárastom teplého a vlhkého vzduchu, kondenzáciou vodných pár s uvoľňovaním latentného odparovacieho tepla. Pokiaľ ale namiesto premenných nastavíme potrebné čísla, v žiadnom prípade nezískame takú vysokú rýchlosť vetra, akú je možné v skutočnosti pozorovať.
Je dobre známe, že čím viac vetra, tým viac vĺn na vodnej hladine. Vlny sú prirodzenou „drsnosťou“, ktorá vytvára silu trenia medzi vetrom a povrchom. Ak vezmeme do úvahy rovnováhu medzi vstupom energie a jej absorpciou v dôsledku trenia, potom sa ukáže, že čím silnejší je vietor, tým väčšia bude táto absorpcia. To znamená, že vlny by mali „uhasiť“vietor, ale v skutočnosti sa to nestane.
Víchrica nad Hamburgom. 7. júna 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
Koncom 90. rokov predložil americký výskumník Kerry Emanuel „bláznivú“hypotézu, ktorá vo vedeckých kruhoch nenašla nijakú odozvu. Navrhol, aby sa trenie zmenšovalo a odpor povrchu oceánu naopak klesal so zvyšujúcim sa vetrom. Ale toto nemôže byť?
Potom v roku 2003 vyšiel v časopise Nature článok popisujúci podobný jav. Od konca 90. rokov 20. storočia americké stredisko pre pozorovanie hurikánov Národného úradu pre oceán a atmosféru pravidelne vykonáva terénne merania rýchlosti vetra v tropických cyklónoch pomocou padajúcich sond GPS. Na základe zovšeobecnenia výsledkov týchto meraní sa tiež preukázalo, že koeficient odporu morskej hladiny je výrazne nižší ako hodnota získaná extrapoláciou nameraných údajov za „normálneho“vetra.
Potom sa k pochopeniu tohto problému pripojili pracovníci Katedry nelineárnych geofyzikálnych procesov Ústavu aplikovanej fyziky Ruskej akadémie vied z Nižného Novgorodu.
Inštitút aplikovanej fyziky RAS v Nižnom Novgorode / Foto: Public domain
Propagačné video:
"Náš nápad bol jednoduchý: zopakujme si tieto experimenty v laboratóriu." Vytvorme „plátok“hurikánu a uvidíme, čo sa stane s vodnou hladinou. Navyše je tu kde! “- povedala Julia Troitskaya, doktorka fyzikálnych a matematických vied, vedúca katedry nelineárnych geofyzikálnych procesov.
Vysvetlila, že ústav má jedinečnú inštaláciu „Komplex rozsiahlych geofyzikálnych stánkov“, ktorá obsahuje termostratifikovanú nádrž s vysokorýchlostným kanálom veterných vĺn. Tento komplex je zahrnutý v registri zariadení národného významu v Rusku.
USU „Komplex rozsiahlych geofyzikálnych stánkov“(KKGS) / Ústav aplikovanej fyziky Federálneho výskumného centra Ruskej akadémie vied
Pokusy o modelovanie hurikánov uskutočnené v Nižnom Novgorode na Ústave aplikovanej fyziky priniesli úžasné výsledky. Pomocou vysokorýchlostnej japonskej videokamery s rýchlosťou snímania až pol milióna snímok za sekundu bolo možné zaznamenať procesy, ktoré poskytli pochopenie základov formovania silného vetra počas hurikánu. Ukázalo sa, že skutočne dochádza k „vyhladeniu“vĺn, čo vedie k zníženiu trenia a odporu. Bolo možné dokázať skutočnosť, ktorej sa nedalo uveriť.
Tvorba a oddeľovanie kvapiek počas vetrov hurikánov / Ústav aplikovanej fyziky RAS (Nižný Novgorod)
Vedci si navyše uvedomili, že „vyhladzovací“efekt nie je v porovnaní s účinným mechanizmom striekania ani taký dôležitý pre tvorbu silného vetra.
Yulia Troitskaya vysvetľuje: „Zaujímalo nás, ako presne sa toto„ vyhladenie “deje? Ako vietor fúka z hrebeňov? A zrazu sme spomaleným pohybom videli určitú „plachtu“, nafukujúcu sa do akejsi bubliny, ktorá praskla a vytvorila veľa špliechania. V štúdiách týkajúcich sa fragmentácie kvapaliny už také „plachty“boli objavené, pretože vedci aktívne študovali mechanizmus vstrekovania kvapalného paliva do spaľovacích motorov. V anglickej literatúre sa tento efekt nazýva rozpad vreca - „roztrhané vrece“. V našej vedeckej literatúre sa to niekedy nazýva fragmentácia typu „padák“.
Proces tvorby kvapiek vo vetroch hurikánov / Ilustrácia RIA Novosti. A. Polyanina
Vedci spočítali kvapky a uvedomili si, že sa našiel najefektívnejší mechanizmus na generovanie postriekania, ktorý výrazne mení obraz o výskyte hurikánov. Predtým sa verilo, že pri pretrhnutí plávajúcich bublín sa tvoria postriekania a ich množstvo je neporovnateľne menšie. Ukázalo sa, že ak prepočítame výsledky laboratórneho experimentu v Nižnom Novgorode na prírodné podmienky, potom bude tvorba takých silných vetrov hurikánu pochopiteľnejšia. Vedci si uvedomili, že je to efektívny mechanizmus pre tok energie do vetrov hurikánov, takže bude čoskoro možné predpovedať deštruktívnu kapacitu jedného alebo druhého hurikánu.
Anna Urmantseva