Eksperter undersøger, hvordan orden opstår fra kaos

Igor Kolokolov og Vladimir Lebedev, videnskabelige eksperter fra HSE's Fysiske Fakultet og Landau Institut for Teoretisk Fysik ved det russiske Videnskabsakademi, har udviklet en analytisk teori, der binder strukturen af ​​kohærente hvirvler dannet på grund af omvendte kaskader i 2-D turbulens med de statistiske egenskaber af hydrodynamiske udsving. At afsløre dette link kunne være nyttigt til at identificere årsagerne til de særlige karakteristika ved sådanne atmosfæriske fænomener som cykloner og anticykloner. Deres forskning er præsenteret i en artikel offentliggjort i Journal of Fluid Mechanics .

Ifølge Vladimir Lebedev, en af ​​artiklens forfattere, 'Dette handler om, hvordan orden kommer ud af kaos, ' bemærker, 'vi var i stand til at generere et analytisk skema, der forklarer resultaterne af numeriske og laboratorieeksperimenter, hvor kohærente hvirvler (stabile hvirvelformationer) observeres ved at relatere hvirvelegenskaber til de statistiske egenskaber ved kaotiske udsving.'

Artiklen, 'Hastighedsstatistik inde i kohærente hvirvler genereret af den omvendte kaskade af 2-D turbulens', offentliggjort i Journal of Fluid Mechanics , præsenterer en konsekvent analytisk teori, der beskriver både den intensive middelstrøm inde i hvirvlerne og fluktuationerne deri. Nemlig forskningen indikerer, at hvirvlerne har en universel struktur:Når der er et interval, azimuthastigheden afhænger ikke af afstanden fra hvirvelcentret. Der etableres statistiske egenskaber for udsvingene i det universelle interval. De kan bruges, for eksempel, at bestemme advektion og blanding af forurenende stoffer i det turbulente flow.

Kort sagt, teorien hjælper med at forklare resultaterne af laboratorieforsøg og numerisk modellering af 2-D turbulens, hvor kohærente hvirvler tidligere var blevet observeret. Forskerne bemærker, at denne forskning ikke er afhængig af semiempiriske formler, hvorved der drages generelle konklusioner om beregningsmæssige og naturlige eksperimenter, men snarere korrelationerne afledt af de første principper. Resultaterne af analysen er værdifulde på grund af deres forudsigelsesevne, samt indsigt i sådanne fænomener.

Desuden, artiklen præsenterer de seneste resultater af forskernes bestræbelser på at analysere sammenhængende hvirvler i 2-D turbulens, som forfatterne har undersøgt i mere end et årti.

Som både Kolokolov og Lebedev bemærker, på trods af at geofysik er meget rigere end væskefilm-hydrodynamik, der er grund til at overveje atmosfæriske fænomener i stor skala, såsom cykloner, anticykloner og orkaner som sammenhængende strukturer, der opstår ud af 'kaos'. Det her, på tur, beriger vores forståelse af de love, der kontrollerer udseendet af sådanne atmosfæriske fænomener. Desuden, dette kan, på lang sigt, endda tilbyde os muligheder for at styre fænomenerne.