Viesuļvētru paredzēšana, brīdināšana par zemestrīcēm, globālo atmosfēras parādību kontrolēšana - tas ir mūsdienu zinātnes sapnis, kas pēta notikuma pamatā esošo cēloņu kompleksus. Viesuļvētras vējš ir viena no atmosfēras fizikas izpētes jomām, kas daudzus gadus diezgan veiksmīgi prognozēja virpuļu trajektorijas, taču joprojām nevar paredzēt to stiprumu un līdz ar to arī iespējamās iznīcināšanas mērogu.
Jau 20 gadus pētījumi virzās ap "viesuļvētras vienādojumu", kas izriet no mūsu izpratnes par tā veidošanās mehānismu. Pieņemsim, ka viesuļvētra veidojas pāri okeānam. Tas bija saistīts ar silta un mitra gaisa konvekcijas paaugstināšanos, ūdens tvaiku kondensāciju ar latenta iztvaikošanas siltuma izdalīšanos. Bet, ja mainīgo vietā iestatām nepieciešamos skaitļus, mēs nekādā gadījumā nesaņemam tik lielu vēja ātrumu, ko var novērot patiesībā.
Ir labi zināms, ka jo vairāk vēja, jo vairāk viļņu uz ūdens virsmas. Viļņi ir dabisks "raupjums", kas rada berzes spēku starp vēju un virsmu. Ja mēs ņemam vērā līdzsvaru starp enerģijas ievadi un tās absorbciju berzes dēļ, izrādās, jo spēcīgāks vējš, jo lielāka būs šī absorbcija. Tas ir, viļņiem vajadzētu "nodzēst" vēju, bet patiesībā tas nenotiek.
Viesulis virs Hamburgas. 2016. gada 7. jūnijs / AP Foto / DPA / Monika Cukere
90. gadu beigās amerikāņu pētnieks Kerijs Emanuels izvirzīja "traku" hipotēzi, kas zinātniskās aprindās neatrada nekādu atbildi. Viņš ierosināja, ka berze samazinās, un okeāna virsmas pretestība, gluži pretēji, samazinās, palielinoties vējam. Bet tas tā nevar būt?
Tad 2003. gadā žurnālā Nature tika publicēts raksts, kurā aprakstīta līdzīga parādība. Kopš 90. gadu beigām ASV Nacionālās okeāna un atmosfēras pārvaldes viesuļvētru novērošanas centrs regulāri veic vēja ātruma lauka mērījumus tropisko ciklonu iekšienē, izmantojot krītošās GPS zondes. Pamatojoties uz šo mērījumu rezultātu vispārināšanu, tika parādīts arī tas, ka jūras virsmas pretestības koeficients ir ievērojami zemāks par vērtību, kas iegūta, ekstrapolējot mērījumu datus "normālu" vēju apstākļos.
Tad šīs problēmas izpratnē pievienojās Krievijas Zinātņu akadēmijas Lietišķās fizikas institūta Nelineāro ģeofizikālo procesu katedras darbinieki no Ņižņijnovgorodas.
Lietišķās fizikas institūts RAS Ņižņijnovgorodā / Foto: Publiskais domēns
Reklāmas video:
“Mūsu ideja bija vienkārša: atkārtosim šos eksperimentus laboratorijā. Izveidosim viesuļvētras "šķēli" un redzēsim, kas notiks ar ūdens virsmu. Turklāt ir kur! " - teica Jūlija Troickaja, fizisko un matemātisko zinātņu doktore, Nelineāro ģeofizikālo procesu katedras vadītāja.
Viņa paskaidroja, ka institūtam ir unikāla instalācija "Liela mēroga ģeofizisko stendu komplekss", kurā ietilpst termostratificēts baseins ar ātrgaitas vēja viļņu kanālu. Šis komplekss ir iekļauts valsts nozīmes iekārtu reģistrā Krievijā.
USU "Liela mēroga ģeofizisko stendu komplekss" (KKGS) / Krievijas Zinātņu akadēmijas Federālā pētniecības centra Lietišķās fizikas institūts
Ņižņijnovgorodas Lietišķās fizikas institūtā veiktie viesuļvētru modelēšanas eksperimenti ir devuši pārsteidzošus rezultātus. Ar ātrgaitas japāņu videokameras palīdzību, kuras uzņemšanas ātrums ir līdz pusmiljonam kadru sekundē, bija iespējams ierakstīt procesus, kas ļāva izprast spēcīga vēja veidošanās pamatus viesuļvētras laikā. Kļuva skaidrs, ka patiešām notiek viļņu "izlīdzināšana", kas noved pie berzes un pretestības samazināšanās. Bija iespējams pierādīt faktu, kam nebija iespējams noticēt.
Pilienu veidošanās un atdalīšanās viesuļvētras vēja laikā / Lietišķās fizikas institūts RAS (Ņižņijnovgoroda)
Turklāt zinātnieki saprata, ka "izlīdzināšanas" efekts nav pat tik svarīgs spēcīga vēja veidošanai, salīdzinot ar efektīvo šļakatām.
Jūlija Troickaja skaidro: “Mums bija interesanti uzzināt: kā tieši notiek šī“izlīdzināšana”? Kā vējš nopūš grēdas? Un pēkšņi, palēninājumā, mēs redzējām noteiktu "buru", piepūšamies sava veida burbulī, kas plīst, veidojot daudz šļakatu. Pētījumos, kas saistīti ar šķidruma sadrumstalotību, šādas “buras” jau ir atklātas, jo zinātnieki aktīvi pētīja šķidrās degvielas iesmidzināšanas mehānismu iekšdedzes motoros. Angļu literatūrā šo efektu sauc par maisa sadalīšanu - "saplēstu maisu". Mūsu zinātniskajā literatūrā to dažkārt sauc par "izpletņa tipa" fragmentāciju.
Pilienu veidošanās process viesuļvētras vējā / RIA Novosti ilustrācija. A. Polyanina
Zinātnieki saskaitīja pilienus un saprata, ka ir atrasts visefektīvākais šļakatu radīšanas mehānisms, kas ievērojami maina viesuļvētru rašanās ainu. Iepriekš tika uzskatīts, ka, peldot burbuļiem, plīstot veidojas šļakatas un to daudzums ir nesalīdzināmi mazāks. Izrādījās, ka, pārrēķinot Ņižņijnovgorodas laboratorijas eksperimenta rezultātus dabiskajiem apstākļiem, tad tik spēcīgu viesuļvētru vēju veidošanās kļūst saprotamāka. Zinātnieki ir sapratuši, ka tas ir efektīvs mehānisms enerģijas plūsmai viesuļvētras vējos, tāpēc drīz būs iespējams paredzēt viena vai otra viesuļvētras postošo spēju.
Anna Urmantseva
