Циклоны в модели атмосферы впервые синхронизированы в лабораторных условиях
 Слабо связанные хаотические атмосферные системы могут синхронизироваться. |
|
||||||||
Достаточно давно метеорологи выдвинули теорию о том, что климатические изменения в одной географической точке (например, такие как колебания температуры над Тихим океаном) могут привести к значительным изменениям погодной ситуации в других точках (например, к ураганам на востоке США). Самым неочевидным фактом было то, что две эти точки могут находиться чуть ли не на разных концах планеты.
Однако, прямых доказательств этому получить не удавалось. Подобная связь обычно объяснялась возникновением волн с растущей амплитудой, как в так называемом «эффекте бабочки». Другие сложные физические процессы, такие как электрические цепи и лазеры, также могут сгенерировать два хаотических, но в то же время синхронизированных сигнала в разных точках пространства. Синхронизация в данном случае происходит через слабые взаимодействия. Однако, никто не демонстрировал до сих пор подобного явления в жидкой среде.
В более ранних экспериментах ученые уже пробовали моделировать атмосферу в лаборатории с использованием вращающихся цилиндров, заполненных смесью воды и глицерина. Суть эксперимента заключается в том, что цилиндры вставлены друг в друга. Жидкость заполняет свободное пространство между внутренним и внешним цилиндрами. Внешний цилиндр при этом нагрет, внутренний же, наоборот, охлажден, что эмулирует температурную ситуацию на Земле (экватор и полюс). Нужная температура цилиндров поддерживается при помощи внешних «резервуаров тепла», в частности, шлангов с водой, проходящих вдоль стенок. Такая модель получается достаточно точной, но она рассматривает потоки либо отдельно южного, либо северного полушарий.
Для того чтобы рассмотреть влияние с точки зрения погоды одного полушария на другое, группа ученых из University of Oxford использовала два аналогичных резервуара. При этом «отопительные шланги» цилиндров были соединены между собой, что эмулировало тропические ветра, пересекающие экватор. «Погодными явлениями» в такой лабораторной системе ученые могут управлять, изменяя скорость вращения цилиндров друг относительно друга, а также варьируя разницу температур между теплым и холодным резервуарами.
Работа, опубликованная учеными в Physical Review Letters в мае этого года, показывает, что «циклоны», сформированные благодаря двум вращающимся резервуарам с жидкостью, могут двигаться вместе даже тогда, когда потоки частично хаотические. Для количественной проверки высказанной теории ученые разработали способ измерения степени синхронизации двух не периодических и не случайных сигналов. Выполненные оценки показали, что синхронизация явлений может выполняться при помощи температурных процессов, без так называемого эффекта бабочки.
Применив уже разработанные методики к реальным погодным процессам, ученые обнаружили, что сезоны дождей и тропических ливней в умеренных широтах также склонны к синхронизации.
Выполненные исследования и предложенная математическая модель в будущем помогут лучше предсказывать погодные явления и глобальные катаклизмы.
Также по теме:
- Влияние ураганов на температуру океана пересматривается
- Десять основных события в области климата за 2009 год
Источники: