Учёные провели уникальное исследование формирования и усиления волн в ветреную погоду и во время ураганов.
Исследование, воссоздающее двумерный профиль давления и воздушного потока над волнистой поверхностью, даёт новое понимание роста океанских волн и его более широких последствий для прогнозирования погоды и устойчивости прибрежных районов.
Команда исследователей одновременно измеряла атмосферное давление, воздушный поток и уровень воды в контролируемой среде, фиксируя до 1000 точек данных в секунду.
Анализируя эти данные, учёные изучили, как различные факторы, такие как высота волны, частота волн и сила ветра, влияют на движение воздуха и передачу импульса между воздухом и поверхностью океана.
Цель исследования — понять, как развиваются волны и как ветер взаимодействует с океаном в экстремальных погодных условиях.
Используя эти высокоточные измерения, исследователи применили ветроволновой резервуар, способный имитировать ветровую нагрузку урагана 5-й категории, чтобы реконструировать схемы воздушного потока, способствующие росту волн при сильном ветре. Используя анемометрию с постоянной температурой для регистрации быстрых изменений воздушного потока, визуализацию частиц для отслеживания движения воздуха и воды, а также многолучевое сканирование для построения карт структуры волн, они глубже проникли в суть динамических взаимодействий, формирующих океанские волны.
«Атмосферное давление действует как топливо для океанских волн — более высокое давление давит на переднюю часть волны, заставляя её становиться выше и двигаться быстрее», — говорит Пэйсинь Тан, ведущий автор исследования и недавний кандидат наук Школы морских, атмосферных и земных наук Розенстиля при Университете Майами.
«Измерение давления над открытым океаном чрезвычайно сложно. Наше исследование… позволило нам документально подтвердить, что скорость ветра сама по себе может использоваться для оценки этого давления и прогнозирования роста волн».
Исследователи обнаружили, что традиционные модели (где воздушный поток прилегает к воде) правильно прогнозируют более 90% передачи импульса воздушного потока над водой до момента его отрыва. Однако, когда воздушный поток отрывается на подветренной стороне волн (защищённой от ветра), эти модели недооценивают передачу импульса более чем на 30%.
«Это исследование знаменует собой значительный шаг в понимании передачи импульса между атмосферой и океаном», — говорит Брайан Хаус, профессор кафедры океанографии Школы Розенстиля и соавтор исследования.
«Наш экспериментальный подход воссоздал двумерный профиль давления и воздушного потока над волнистыми поверхностями — достижение, которое, насколько нам известно, является новаторским прорывом. Эти результаты могут помочь усовершенствовать численные волновые модели с учётом эффектов отрыва воздушного потока».
Исследование опубликовано в журнале Американского геофизического союза Journal of Geophysical Research: Oceans.
Финансирование исследования частично предоставлено Управлением военно-морских исследований.
Источник: Университет Майами.
Добавить комментарий