Физики из России выяснили, почему море "мертвеет" перед ураганом
Поверхность океанов становится особенно спокойной перед наступлением штормов и ураганов благодаря особому взаимодействию между ветром, морской пеной, брызгами и волнами. К такому выводу пришли российские ученые, опубликовавшие статью в Journal of Physical Oceanography.
"При увеличении скорости ветра количество пены на воде возрастает. Она подавляет короткие волны и ветровую рябь, сглаживая поверхность воды. Сильный ветер уменьшает средние размеры брызг, что приводит к снижению сопротивления, создаваемого каплями. Это замкнутый круг, потому что из-за меньшего сопротивления ветер усиливается", — рассказывает Юлия Троицкая из Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде.
Все путешественники, сталкивавшиеся с ураганами и штормами в море, хорошо знают, что перед наступлением этого природного катаклизма и на первых стадиях его развития поверхность океана "мертвеет". Иными словами, она становится необычно спокойной и ровной из-за того, что с нее исчезает рябь и мелкие волны.
Когда стихия обрушивается на корабль, море начинает вырабатывать огромное число брызг, характер влияния которых на поведение ветров и водной толщи пока остается тайной для ученых из-за того, что их поведение крайне сложно просчитать и описать с точки зрения теории. Поэтому метеорологи и климатологи вынуждены опираться на данные эмпирических наблюдений при постройке прогнозов, что ухудшает их качество.
Российские физики выяснили, как образуется эта пена и нашли неожиданное объяснение тому, почему поверхность океана становится гладкой перед бурей, создав миниатюрный шторм в своей собственной лаборатории.
Заполнив небольшой канал водой и пропуская через него струю воздуха на большой скорости, ученые наблюдали за образованием капель при помощи сверхбыстрой камеры, способной получать десять тысяч кадров каждую секунду. Как передает пресс-служба Российского научного фонда, поддержавшего эксперименты нижегородских исследователей, эти снимки помогли Троицкой и ее коллегам раскрыть механизм рождения этих брызг.
Ученые сравнивают его с тем, как раскрывается парашют во время прыжка с самолета или с формированием топливных аэрозолей в двигателях внутреннего сгорания. Сначала на водной поверхности появляется мелкое возвышение, которое вырастает в своеобразный жидкий "парус". Он раздувается в "парашют" – мембрану из водной пленки, окруженную более толстым ободком. Затем эта конструкция разрывается, образуя сотни брызг.
Их формирование, как обнаружили физики, не только способствует переносу тепла в атмосферу и усилению урагана, но и ведет к еще одному необычному последствию, если скорость ветра была выше определенного значения, около 21-22 метров в секунду.
Оказалось, что образование подобных "парашютов" одновременно ослабляет волны и ускоряет движение потоков воздуха у поверхности воды. Это, в свою очередь, приводит к формированию еще большего числа капель и еще большему подавлению волн.
В ближайшее время нижегородские ученые планируют провести подобный эксперимент с использованием аналога антарктических вод, близких к точке замерзания. Эти опыты, как надеются физики, покажут, есть ли различия в процессе формирования брызг в умеренных и высоких широтах и улучшат прогнозы погоды для арктической зоны.