Predecir huracanes, advertir sobre terremotos, controlar los fenómenos atmosféricos globales: este es el sueño de la ciencia moderna, que estudia los complejos de causas subyacentes a un evento. El viento de huracán es una de las áreas de investigación de la física atmosférica, que ha predicho con bastante éxito las trayectorias de los vórtices durante muchos años, pero aún no puede predecir su fuerza y, por lo tanto, la escala de posible destrucción.
Desde hace 20 años, la investigación gira en torno a la "ecuación del huracán", que se deriva de nuestra comprensión del mecanismo de su formación. Digamos que se forma un huracán sobre el océano. Esto se debió a la elevación convectiva de aire cálido y húmedo, la condensación del vapor de agua con la liberación de calor latente de vaporización. Pero si establecemos los números necesarios en lugar de variables, de ninguna manera obtenemos una velocidad del viento tan alta que se pueda observar en la realidad.
Es bien sabido que cuanto más viento, más olas en la superficie del agua. Las olas son una "aspereza" natural que crea la fuerza de fricción entre el viento y la superficie. Si consideramos el equilibrio entre la entrada de energía y su absorción debido a la fricción, resulta que cuanto más fuerte sea el viento, mayor será esta absorción. Es decir, las olas deben "apagar" el viento, pero en realidad esto no sucede.
Torbellino sobre Hamburgo. 7 de junio de 2016 / Foto AP / DPA / Monika Zucker
norte
A finales de los 90, el investigador estadounidense Kerry Emanuel planteó una hipótesis "loca" que no encontró respuesta en los círculos científicos. Sugirió que la fricción disminuye y la resistencia de la superficie del océano, por el contrario, disminuye con el aumento del viento. ¿Pero esto no puede ser?
Luego, en 2003, se publicó un artículo en la revista Nature que describe un fenómeno similar. Desde finales de la década de 1990, el Centro de Observación de Huracanes de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los EE. UU. Ha estado realizando regularmente mediciones de campo de la velocidad del viento dentro de los ciclones tropicales utilizando sondas GPS descendentes. Con base en la generalización de los resultados de estas mediciones, también se demostró que el coeficiente de resistencia de la superficie del mar es significativamente menor que el valor obtenido extrapolando los datos de medición bajo vientos "normales".
Luego, los empleados del Departamento de Procesos Geofísicos No Lineales del Instituto de Física Aplicada de la Academia de Ciencias de Rusia de Nizhny Novgorod se unieron para comprender este problema.
Instituto de Física Aplicada RAS en Nizhny Novgorod / Foto: Dominio público
Video promocional:
“Nuestra idea era simple: repitamos estos experimentos en el laboratorio. Creemos una "rebanada" del huracán y veamos qué sucede con la superficie del agua. ¡Además, ahí es donde! " - dijo Yulia Troitskaya, Doctora en Ciencias Físicas y Matemáticas, Jefa del Departamento de Procesos Geofísicos No Lineales.
Explicó que el instituto cuenta con una instalación única, el "Complejo de rodales geofísicos de gran escala", que incluye una cuenca termostratificada con un canal de ondas de viento de alta velocidad. Este complejo está incluido en el registro de instalaciones de importancia nacional en Rusia.
norte
USU "Complejo de rodales geofísicos a gran escala" (KKGS) / Centro Federal de Investigaciones Instituto de Física Aplicada de la Academia de Ciencias de Rusia
Los experimentos sobre modelos de huracanes llevados a cabo en el Instituto de Física Aplicada de Nizhny Novgorod han producido resultados sorprendentes. Con la ayuda de una cámara de video japonesa de alta velocidad con una velocidad de disparo de hasta medio millón de cuadros por segundo, fue posible registrar los procesos que permitieron comprender los conceptos básicos de la formación de un viento fuerte durante un huracán. Quedó claro que efectivamente hay un "suavizado" de las olas, lo que conduce a una disminución de la fricción y la resistencia. Era posible probar un hecho imposible de creer.
Formación y separación de gotas durante los vientos huracanados / Institute of Applied Physics RAS (Nizhny Novgorod)
Además, los científicos se dieron cuenta de que el efecto "suavizante" ni siquiera es tan importante para la formación de vientos fuertes en comparación con el mecanismo efectivo de salpicaduras.
Yulia Troitskaya explica: “Nos interesaba saber: ¿cómo ocurre exactamente este 'suavizado'? ¿Cómo sopla el viento de las crestas? Y de repente, en cámara lenta, vimos una cierta "vela", inflándose en una especie de burbuja, que estalla, formando muchas salpicaduras. En estudios relacionados con la fragmentación de líquidos, estas "velas" ya se han descubierto, ya que los científicos estudiaron activamente el mecanismo de inyección de combustible líquido en motores de combustión interna. En la literatura inglesa, este efecto se denomina ruptura de bolsa - "bolsa rota". En nuestra literatura científica, a veces se le llama fragmentación "tipo paracaídas".
El proceso de formación de gotas en los vientos huracanados / Ilustración de RIA Novosti. A. Polyanina
Los científicos contaron las gotas y se dieron cuenta de que se encontró el mecanismo más eficiente para generar salpicaduras, lo que cambia enormemente la imagen de la ocurrencia de huracanes. Anteriormente, se creía que las salpicaduras se formaban en la ruptura de burbujas flotantes y su cantidad es inconmensurablemente menor. Resultó que si recalculamos los resultados del experimento de laboratorio de Nizhny Novgorod para las condiciones naturales, entonces la formación de vientos huracanados tan fuertes se vuelve más comprensible. Los científicos se han dado cuenta de que es un mecanismo eficaz para el flujo de energía hacia los vientos huracanados, por lo que pronto será posible predecir la capacidad destructiva de uno u otro huracán.
Anna Urmantseva
