Именно поэтому метеорологам приходится внимательно следить за «глазами» ураганов. Эти странные явления дают бесценную информацию о том, насколько сильными и разрушительными будут ураганы и какие регионы пострадают от них больше всего. И все же, несмотря на интенсивное внимание как к самым ураганам, так и к тайнам их «глаз», исследователям сложно понять, как они формируются. В статье, опубликованной в 2006 году, было дано около сотни объяснений того, как образуются «глаза» ураганов, но многие из них явно противоречат друг другу, поэтому финальную точку в этом вопросе все еще предстоит поставить.
Однако новая статья, опубликованная 12 января в журнале Physical Review Fluids, проливает немного света на этот вопрос.
Сложности моделирования процесса образования «глаза» урагана
Авторы статьи пишут, что выяснить природу образования «глаза» и смоделировать его очень сложно, так как внутренняя структура ураганов и других циклонов зависит от нескольких сил и явлений, и при этом все они очень сложные и плохо изученные. Ученым все еще не удается понять, как взаимодействуют эти сложные системы.
Несмотря на то что внешне все «глаза» ураганов похожи, ученые даже не смогли определить, действительно ли одни и те же механизмы отвечают за разные классы атмосферных вихрей. Учитывая отсутствие этого фундаментального понимания, невозможно с уверенностью определить правила формирования этих «глаз».
Модель атмосферного циклона
Несмотря на все сложности работы, исследователям удалось создать, по их словам, самую сложную модель атмосферного циклона, которую они описали в статье, опубликованной в Journal of Fluid Mechanics в январе 2017 года.
В статье 2018 года ученые писали, что моделирование «глаза» циклона требует особой осторожности. Также они подчеркнули, что при создании их модели не были учтены такие существенные характеристики атмосферных вихрей, как вертикальная стратификация температуры воздуха, изменяющаяся анизотропная вязкость вихря, а также скрытое тепловыделение из-за конденсации водяного пара.
Тем не менее ученые называют свою модель разумным, но упрощенным аналогом тропического шторма, который может формироваться в реальных условиях.
При каких условиях формируется «глаз» урагана?
Благодаря своей модели исследователи обнаружили, что «глаз» урагана не может сформироваться без соблюдения четырех граничных условий. Вот они:
- Число Экмана (равно отношению внутреннего трения в жидкости к силе Кориолиса, вызванной вращением планеты) не должно быть слишком высоким.
- Число Рейнольдса, которое измеряет отношение сил инерции (движения) к атмосферной вязкости, не может быть слишком низким.
- Число Россби не может быть слишком высоким.
- Но также оно не должно быть очень низким. Число Россби измеряет взаимосвязь между силой движения циклона и силой Кориолиса.
Важным моментом здесь является то, что глаз циклона образуется при правильном балансе внутреннего трения шторма, его скорости и силы вращения Земли, которая действует на шторм (по крайней мере, в этой упрощенной модели, созданной учеными).
Исследователи подчеркивают, что полученные ими результаты не в полной мере позволяют ответить на вопрос, почему в ураганах формируются «глаза», поскольку в созданной ими модели не были учтены слишком многие факторы. Кроме того, существует вероятность, что в реальности ураганы формируются совсем не так, как в случае моделирования. Также их модель не охватывает другие формы атмосферных циклонов, к примеру торнадо.
Перспективы нового исследования
Так есть ли польза от этого исследования? Ученые пишут, что оно позволяет определить, в каком направлении двигаться дальше, чтобы изучить образование «глаз» циклонов, поскольку отвечает на некоторые основные вопросы об ураганах. А именно: почему они формируются именно так, а не иначе, и что позволит метеорологам лучше прогнозировать поведение штормов?
