18 октомври 2018
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

При какви условия се образува окото на тропическите циклони

Хидродинамични критерии за образуване на окото на циклоните

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 16 януари 2018 в 00:0017300
Снимка на урагана Катарина, получена от екипа на МКС през 2004 г. В центъра на вихъра може да се види окото на циклона, свободно от облаци

Физици моделираха процеса на образуване на "окото" на големите тропически циклони и формулираха минималните хидродинамични критерии, необходими за това. Оказа се, че образуването на зони без облаци в центъра на циклоните се осъществява при определено съотношение на инерционните сили, силите на вискозитета и силата на Кориолис, според статията, публикувана във Physical Review Fluids.

Циклонът е атмосферен вихър със зона на понижено налягане в центъра. Често в центъра на циклона е свободен от облаци район с топъл и сух въздух с диаметър от 30-65 километра - образува се така нареченото "око на циклона". Такива структури са типични както за относително малки циклони, така и за тропически циклони, които могат да бъдат придружени от урагани и да доведат до катастрофални последици. Въпреки че структурата на окото на циклона е проучена доста добре, тъй като атмосферата е много сложна неравновесна система с голям брой параметри, учените все още не могат да определят точно най-важните фактори, които определят неговото формиране.

Ето защо е много трудно да се предскаже при какви условия ще се образува окото на циклона и при какви условия няма.

Окото на силните тропически циклони е приблизително кръгла област с предимно спокойно време, обикновено с диаметър 30-65 км. То е заобиколено от "стена на окото" - пръстен от много висока стена от гръмотевични бури, където се случва най-тежкото време.

Екип физици от Франция и Великобритания, водени от Еманюел Дорми (Emmanuel Dormy) от Екол нормал в Париж (L'École normale supérieure), решават да определят минималните необходими условия, необходими за образуването на окото в атмосферния вихър. За тази цел разглеждат чисто хидродинамична система, при която вихровият поток на флуидите се определя от вискозитета и температурата на системата.

За първи път са изследвани такива системи с помощта на дигитален модел на атмосферни системи с размери, съответстващи на реалните тропически циклони.

Движението на потоците вътре в циклона бе моделирано като радиално симетричен вихър. Загряването на долната част на системата води до образуването на вертикални възходящи потоци във вихъра. Тъй като целта на работата е да се определят минималните условия, необходими за формирането на окото, всички потоци се считат за ламинарни (всички елементарни струийки са успоредни) и стационарни.

Влиянието на динамичните и турбулентните ефекти не се разглежда.

Токовите линии вътре циклонния вихър при различни параметри: Oruba et al., Physical Review Fluids, 2018

Поради ефекта на Кориолис в системата се формират спираловидни потоци, които се движат около оста на въртене на вихъра. Заедно с вертикалните конвектни течения това при определени условия води до образуването на конични (понякога почти вертикални) стени, които ограничават областта на циклонния вихър и автоматично води до образуването на око в центъра на вихър.

С помощта компютърна симулация авторите проучват как варира поведението на системата според нейния размер, вискозитет на въздуха, температурен градиент и скорост на въртене. Оказа се, че условията, при които е възможно образуването на окото, се определят основно от два безразмерни критерия: числото на Рейнолдс, което е пропорционално на отношението на инерционните сили спрямо вискозните сили, и числото на Росби, характеризиращо отношението на инерционните сили към силата на Кориолис.



Други параметри, по-специално коефициентът на топлинна проводимост на средата, също влияят върху процеса на образуване на окото на циклона, но ефектът им е вторичен и не толкова забележим.

Карта на радиалните сечения на азимуталната скорост (a), ъгловата инерция (b) и температурата (c) във вътрешността на циклонния вихър, получени от симулацията L. Oruba et al., Physical Review Fluids, 2018

Като резултат физиците установиха, че за формирането на окото на циклона числото на Рейнолдс не трябва да е прекалено малко (не по-малко от 35), т.е. размерът на системата и скоростта на потока да са достатъчно големи, а вискозитетът - достатъчно малък, а числото на Росби - в диапазона от около 25 до 50. Според учените всички тези условия са изпълнени за големите тропически циклони, които се формират на географските ширини от 10 до 30 градуса.

По този начин, учените успяха да докажат, че формирането на окото на циклона може да се случи по сравнително прости хидродинамични механизми, без да се взема под внимание на турбулентността и неравномерната влажност на околната среда.

Образуването на циклони е характерно не само за земната атмосфера. Подобни вихрови структури могат да се формират и на други планети. Например, на Юпитер са открити големи циклонни вихри, диаметърът на които достига 7 хиляди километра.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Авокадото не е веганско!
15 октомври 2018 в 10:12
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.