ЭВОЛЮЦИЯ УРАГАНОВ

ЭВОЛЮЦИЯ УРАГАНОВ

…Накопление солнечной энергии в тропиках продолжается несколько месяцев, при этом повышается температура тропосферы (преимущественно нижней) и океана. Если океан передает энергию в высокие широты с помощью теплых течений и процесс этот достаточно инерционен, более быстрая передача энергии тропосферы осуществляется с помощью ураганов, хотя последние отбирают также энергию океана и, в частности, энергию теплых течений.
Общими предпосылками возникновения ураганов являются нагретый насыщенный влагой воздух, интенсивные испарения с поверхности океана, конвергенция южных и северных пассатов, нестабильность атмосферы.
Провоцируют образование ураганов стратосферные струйные течения, малоизученные выбросы Солнечной энергии, неравномерность восходящих воздушных потоков.
При верхнем зарождении урагана отдельные вихри возникают и распадаются, проходя точку бифуркации. В модели эта точка характеризуется повышенным акустическим шумом широкого спектра, а также формированием воронки урагана, состоящей из внешних и внутренних образующих.
Внутренняя часть воронки (конуса) состоит из восходящих, спирально вращающихся и расходящихся к периферии конуса потоков. В верхней части эти потоки переходят в нисходящие и далее приповерхностные, устремленные к центру.
Образуется устойчивая структура, обладающая следующими свойствами. Появляется тяговое усилие, направленное к поверхности. Под действием этого усилия центр урагана стремится вниз и по мере приближения к поверхности происходит раскрыв конуса, внешняя образующая приближается к поверхности, охватывая все большую площадь. Заметим, что это происходит только под влиянием поверхностного слоя воздуха и поэтому уплощение раскрытого основания конуса на макете не наблюдается, здесь влияния стратосферы нет.
Формирование устойчивой структуры урагана является первым этапом перехода накопленной потенциальной энергии в кинетическую, также как начало термоядерной реакции водорода под действием сил гравитации в эволюции звездных образований.
В этой структуре совершенно ясно обозначены три фактора: устойчивые и центростремительные потоки, наличие прижимного усилия и раскрытие воронки урагана по мере снижения его к поверхности. Взаимное влияние этих факторов приводит к возникновению положительной обратной связи (ПОС), усиливающей развитие урагана.
Действительно, центростремительный спиральный поток усиливается по мере уменьшения эквивалентного радиуса в центре урагана (закон сохранения момента вращения), тем самым, увеличивая отбор энергии с поверхности океана. Мощность урагана увеличивается, увеличивается и прижимное усилие, а так же площадь обдуваемой поверхности, поступление энергии поверхностного воздуха. Этот лавинообразный процесс отбора энергии океана и нижней тропосферы усиливается ограничением сверху, когда ураган не может выйти за пределы стратосферы, и вынужден расширятся. Увеличение диаметра урагана происходит до естественно возможных размеров, когда периферийные ниспадающие потоки настолько удалены от центра, что не могут замкнуться.
В целом структура урагана находится в динамическом равновесии. Внутренний восходящий поток отдает энергию в стратосферу и верхнюю тропосферу, а его периферия - в высокие широты Земного шара. Энергия также расходуется на движение урагана, создание прижимного усилия. Восполнение энергии происходит с помощью внешних центростремительных потоков, собирающих ее с поверхности океана и нижней тропосферы.
Однако, в этой наиболее интенсивной фазе, ураган по аналогии с взрывом сверхновой, может разрушиться. Это происходит в случае преобладания в его структуре притока энергии и невозможности передачи ее в стратосферу или более высокие широты. В качестве примера можно привести ураган «Лаура», разрушившийся при движении к экватору.
Зрелый ураган, как известно, перемещается со средней скоростью около 20 км/час. Принципиально важным является возможность определения направления движения. Статистика и современные аппроксимации не позволяют определить это точно. В то же время сеть наблюдений можно развить для учета следующих факторов. Эффект присасывания и низкое расположение крыльев урагана приводит к следующему. Океан, охлажденный в центре урагана перестает быть источником энергии, охлаждаясь до глубины в несколько сотен метров. В то же время, широко раскрытая периферия урагана находится в различных температурных условиях, например, частично над поверхностью теплых течений. Лепесток урагана расположенный над ним, смещается вверх, наклоняя его вертикальную ось и заставляя ураган двигаться в эту сторону. Наклон оси зависит также от влияния пассатных и стратосферных ветров сдвига при компенсации реактивного момента, хотя в целом ураган движется вдоль теплых течений. Ко всему этому необходимо добавить силы Кориолиса и инерционность массы урагана. Тем не менее, сбор информации и соответствующая обработка ее возможны.
Перейдем к описанию следующего этапа развития урагана.
Экспериментальные данные макета показывают, что имеется существенная особенность прижимного усилия. При поднятии центра урагана не только уменьшается угол разворота его воронки и охвата поверхности, но возникает возвращающее усилие. Также как силы поверхностного натяжения воды «возвращают» отрываемое от поверхности воды тело, так же поверхностный слой воздуха «возвращает» ураган к поверхности океана. Возвращающая силовая характеристика имеет отрицательный угол наклона, т.е. при увеличении расстояния до поверхности возвращающаяся сила увеличивается (сравним – при увеличении расстояния прижимное усилие уменьшается). Эта возвращающая сила не велика - около 15% от прижимного усилия, но ее достаточно, чтобы создать отрицательную обратную связь (ООС) внутри структуры урагана, стабилизирующую ее при воздействии неблагоприятных факторов, например при выходе урагана на сушу или в область низких температур до полного исчерпания внутренних запасов энергии урагана.
Другими словами при отсутствии ООС распад урагана происходил бы так же быстро как и развитие. Уменьшение притока энергии уменьшало бы его диаметр, воронка становилась более узкой, центр урагана поднимался бы вверх, еще более сужая его конус и ураган устремился бы вверх, распадаясь без притока энергии. ООС не позволяет подниматься его центру, удерживая уменьшенные крылья урагана вблизи поверхности, тем самым, сохраняя его раскрытую структуру вблизи поверхности до возможного предела.
Так же как в эволюции звезд противоборствующая энергия термоядерного синтеза, порожденная гравитацией, борется до полного исчерпания ядерных ресурсов, так же структура урагана сохраняется до наибольшего исчерпания энергии океана и нижней тропосферы.
При нижнем распаде урагана кроме влияния возвращающей силы, сказывается преобладание центробежной структуры ввиду ослабления центростремительных потоков. Это приводит в итоге к переходу урагана в приповерхностный ветер, который в макете сконцентрирован в очень узкую полосу вдоль поверхности. Это свойство при использовании в технике воздушного охлаждения позволяет увеличить его эффективность на 30-50%.
Полный текст с описанием макета, экспериментальными данными по силовым и вихревым характеристикам, техническим приложением – в статье.