Prevedere gli uragani, avvertire sui terremoti, controllare i fenomeni atmosferici globali: questo è il sogno della scienza moderna, che studia i complessi delle cause alla base di un evento. Il vento da uragano è una delle aree di ricerca della fisica atmosferica, che da molti anni predice con successo le traiettorie dei vortici, ma non può ancora prevedere la loro forza, e quindi l'entità della possibile distruzione.
Negli ultimi 20 anni, la ricerca si è concentrata sull'equazione dell'uragano, che deriva dalla nostra comprensione del meccanismo della sua formazione. Diciamo che un uragano si forma sull'oceano. Ciò era dovuto all'aumento convettivo dell'aria calda e umida, alla condensazione del vapore acqueo con il rilascio di calore latente di vaporizzazione. Ma se impostiamo i numeri necessari invece delle variabili, non otteniamo in alcun modo una velocità del vento così elevata che può essere osservata nella realtà.
È noto che più vento, più onde sulla superficie dell'acqua. Le onde sono una naturale "rugosità" che crea la forza di attrito tra il vento e la superficie. Se consideriamo l'equilibrio tra l'energia immessa e il suo assorbimento dovuto all'attrito, risulta che più forte è il vento, maggiore sarà questo assorbimento. Cioè le onde dovrebbero "spegnere" il vento, ma in realtà questo non accade.
Turbine su Amburgo. 7 giugno 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
Alla fine degli anni '90, il ricercatore americano Kerry Emanuel avanzò un'ipotesi "folle" che non trovò risposta nei circoli scientifici. Ha suggerito che l'attrito diminuisce e la resistenza della superficie dell'oceano, al contrario, diminuisce con l'aumentare del vento. Ma questo non può essere?
Poi, nel 2003, è stato pubblicato un articolo sulla rivista Nature che descriveva un fenomeno simile. Dalla fine degli anni '90, il Centro di osservazione degli uragani della National Oceanic and Atmospheric Administration degli Stati Uniti ha condotto regolarmente misurazioni sul campo della velocità del vento all'interno dei cicloni tropicali utilizzando sonde GPS in caduta. Sulla base della generalizzazione dei risultati di queste misurazioni, è stato anche dimostrato che il coefficiente di resistenza della superficie del mare è significativamente inferiore al valore ottenuto estrapolando i dati di misurazione con venti "normali".
Quindi i dipendenti del Dipartimento di processi geofisici non lineari dell'Istituto di fisica applicata dell'Accademia delle scienze russa di Nizhny Novgorod si sono uniti alla comprensione di questo problema.
Istituto di fisica applicata RAS a Nizhny Novgorod / Foto: dominio pubblico
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“La nostra idea era semplice: ripetiamo questi esperimenti in laboratorio. Creiamo una "fetta" dell'uragano e vediamo cosa succede alla superficie dell'acqua. Inoltre, c'è dove! " - ha affermato Yulia Troitskaya, dottoressa in scienze fisiche e matematiche, capo del dipartimento di processi geofisici non lineari.
Ha spiegato che l'istituto ha un'installazione unica, il "Complesso di giacimenti geofisici su larga scala", che comprende un bacino termostratificato con un canale di onde del vento ad alta velocità. Questo complesso è incluso nel registro degli impianti di importanza nazionale in Russia.
USU "Complex of large-scale geophysical stands" (KKGS) / Centro federale di ricerca Istituto di fisica applicata dell'Accademia delle scienze russa
Gli esperimenti sulla modellazione degli uragani condotti presso l'Istituto di fisica applicata di Nizhny Novgorod hanno prodotto risultati sorprendenti. Con l'aiuto di una videocamera giapponese ad alta velocità con una velocità di ripresa fino a mezzo milione di fotogrammi al secondo, è stato possibile registrare i processi che hanno fornito una comprensione delle basi della formazione di un forte vento durante un uragano. È apparso chiaro che effettivamente c'è un "livellamento" delle onde, che porta ad una diminuzione dell'attrito e della resistenza. È stato possibile provare un fatto impossibile da credere.
Formazione e separazione di gocce durante i venti di uragano / Institute of Applied Physics RAS (Nizhny Novgorod)
Inoltre, gli scienziati si sono resi conto che l'effetto "levigante" non è nemmeno così importante per la formazione di venti forti rispetto al meccanismo efficace degli schizzi.
Yulia Troitskaya spiega: “Eravamo interessati a sapere: come avviene esattamente questa 'levigatura'? Come soffia il vento dalle creste? E improvvisamente, al rallentatore, abbiamo visto una certa "vela", gonfiarsi in una specie di bolla, che scoppia formando tanti schizzi. Negli studi relativi alla frammentazione del liquido, tali "vele" sono già state scoperte, poiché gli scienziati hanno studiato attivamente il meccanismo di iniezione di carburante liquido nei motori a combustione interna. Nella letteratura inglese, questo effetto è chiamato rottura della borsa - "borsa strappata". Nella nostra letteratura scientifica, a volte è chiamata frammentazione del "tipo a paracadute".
Il processo di formazione delle gocce nei venti degli uragani / Illustrazione di RIA Novosti. A. Polyanina
Gli scienziati hanno contato le goccioline e si sono resi conto che è stato trovato il meccanismo più efficiente per generare schizzi, il che cambia notevolmente il quadro del verificarsi degli uragani. In precedenza, si credeva che gli schizzi si formassero alla rottura di bolle galleggianti e la loro quantità fosse incommensurabilmente inferiore. Si è scoperto che se ricalcoliamo i risultati dell'esperimento di laboratorio di Nizhny Novgorod per le condizioni naturali, la formazione di venti così forti da uragano diventa più comprensibile. Gli scienziati hanno capito che si tratta di un meccanismo efficace per il flusso di energia nel vento di un uragano, quindi sarà presto possibile prevedere la capacità distruttiva di un uragano.
Anna Urmantseva
