Napovedovanje orkanov, opozarjanje pred potresi, nadzor globalnih atmosferskih pojavov - to so sanje sodobne znanosti, ki preučuje komplekse vzrokov, na katerih temelji dogodek. Orkanski veter je eno od področij raziskav v atmosferski fiziki, ki že vrsto let precej uspešno napoveduje poti vrtincev, vendar še vedno ne more napovedati njihove moči in s tem obsega morebitnega uničenja.
Že 20 let se raziskave vrtijo okoli "enačbe orkana", ki izhaja iz našega razumevanja mehanizma njenega nastanka. Recimo, da se nad oceanom oblikuje orkan. To je bilo posledica konvekcijskega dviga toplega in vlažnega zraka, kondenzacije vodne pare s sproščanjem latentne toplote uparjanja. Če pa namesto spremenljivk nastavimo potrebna števila, nikakor ne dobimo tako visoke hitrosti vetra, ki bi jo lahko opazili v resnici.
Dobro je znano, da več vetra, več valov na vodni gladini. Valovi so naravna "hrapavost", ki ustvarja silo trenja med vetrom in površino. Če upoštevamo ravnovesje med vloženo energijo in njeno absorpcijo zaradi trenja, se izkaže, da močnejši kot je veter, večja bo ta absorpcija. Se pravi, valovi bi morali "pogasiti" veter, v resnici pa se to ne zgodi.
Vihar nad Hamburgom. 7. junij 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
Konec devetdesetih let je ameriška raziskovalka Kerry Emanuel postavila "noro" hipotezo, ki v znanstvenih krogih ni našla nobenega odziva. Predlagal je, da se trenje zmanjšuje, odpornost oceanske površine pa nasprotno zmanjšuje z naraščajočim vetrom. Ampak to ne more biti?
Nato je bil leta 2003 v reviji Nature objavljen članek, ki opisuje podoben pojav. Center za opazovanje orkanov ameriške Nacionalne uprave za oceane in atmosfero od konca devetdesetih let redno izvaja terenske meritve hitrosti vetra v tropskih ciklonih s pomočjo padajočih sond GPS. Na podlagi posploševanja rezultatov teh meritev se je tudi pokazalo, da je koeficient odpornosti morske površine bistveno nižji od vrednosti, pridobljene z ekstrapolacijo merilnih podatkov pod "običajnimi" vetrovi.
Nato so se razumevanju tega problema pridružili zaposleni na Oddelku za nelinearne geofizične procese Inštituta za uporabno fiziko Ruske akademije znanosti iz Nižnega Novgoroda.
Inštitut za uporabno fiziko RAN v Nižnjem Novgorodu / Foto: Javno ime
Promocijski video:
»Naša ideja je bila preprosta: ponovimo te poskuse v laboratoriju. Ustvarimo "rezino" orkana in poglejmo, kaj se bo zgodilo z vodno gladino. Poleg tega je kje! " - je dejala Yulia Troitskaya, doktorica fizikalnih in matematičnih znanosti, vodja oddelka za nelinearne geofizikalne procese.
Pojasnila je, da ima inštitut edinstveno instalacijo, "Kompleks obsežnih geofizičnih sestojev", ki vključuje termostratificiran bazen z visokohitrostnim kanalom vetrnih valov. Ta kompleks je vključen v register obratov državnega pomena v Rusiji.
USU "Kompleks obsežnih geofizičnih sestojev" (KKGS) / Zvezni raziskovalni center Inštitut za uporabno fiziko Ruske akademije znanosti
Poskusi modeliranja orkanov, izvedeni na Inštitutu za uporabno fiziko Nižni Novgorod, so dali neverjetne rezultate. S pomočjo visokohitrostne japonske video kamere s hitrostjo snemanja do pol milijona sličic na sekundo je bilo mogoče posneti procese, ki so dali razumevanje osnov nastanka močnega vetra med orkanom. Postalo je jasno, da valovi resnično "gladijo", kar vodi do zmanjšanja trenja in upora. Bilo je mogoče dokazati dejstvo, ki mu je bilo nemogoče verjeti.
Nastanek in odvajanje kapljic med orkanskimi vetrovi / Inštitut za uporabno fiziko RAS (Nižnji Novgorod)
Poleg tega so znanstveniki ugotovili, da učinek "glajenja" niti ni tako pomemben za nastanek močnega vetra v primerjavi z učinkovitim mehanizmom brizganja.
Yulia Troitskaya pojasnjuje: "Zanimalo nas je: kako natančno se to" glajenje "zgodi? Kako piha veter z grebenov? In nenadoma smo v počasnem posnetku zagledali neko "jadro", ki se je napihnilo v nekakšen mehurček, ki poči in tvori veliko brizg. V študijah, povezanih z drobljenjem tekočine, so takšna "jadra" že odkrili, saj so znanstveniki aktivno preučevali mehanizem vbrizga tekočega goriva v motorje z notranjim zgorevanjem. V angleški literaturi se temu učinku reče razpad vrečke - "raztrgana torba". V naši znanstveni literaturi se včasih imenuje fragmentacija tipa "padalo".
Proces nastajanja kapljic v orkanskih vetrovih / Ilustracija RIA Novosti. A. Polyanina
Znanstveniki so prešteli kapljice in ugotovili, da je bil najden najučinkovitejši mehanizem za ustvarjanje brizg, kar močno spremeni sliko pojavljanja orkanov. Prej so verjeli, da brizge nastanejo pri prelomu plavajočih mehurčkov in je njihova količina neprimerno manjša. Izkazalo se je, da če preračunamo rezultate laboratorijskega eksperimenta v Nižnem Novgorodu za naravne pogoje, potem nastanek tako močnih orkanskih vetrov postane bolj razumljivo. Znanstveniki so spoznali, da gre za učinkovit mehanizem pretoka energije v orkanski veter, zato bo kmalu mogoče napovedati uničujočo sposobnost enega ali drugega orkana.
Anna Urmantseva
