Nye data for at forbedre modeller for atmosfærecirkulation

Et team af forskere fra Institute of Mechanics, MSU, demonstreret, hvordan tilfældige udsving i rotationshastigheden og støj påvirker antallet af hvirvler i den kugleformede Couette -strømning. De rapporterer, at støjniveauet og flowregimet har en kompliceret ikke -lineær sammenhæng. De nye data vil bidrage til mere præcise modeller af naturlige strømme, herunder atmosfærisk cirkulation. Resultaterne af arbejdet blev offentliggjort i Kaos tidsskrift.

Couette sfærisk strøm er strømmen af ​​væske i et sfærisk lag forårsaget af rotation af dets grænser. I et laboratorium, det studeres ved hjælp af to gennemsigtige kugler:Den ydre er fast, og den indre roterer med en given hastighed. Denne model hjælper med at beskrive store bevægelser af atmosfæren, oceaner, og Jordens kappe forårsaget af planetens rotation. Alle disse naturlige processer er normalt turbulente. Det første skridt til turbulens er tabet af stabilitet ved et permanent flow, forårsager hvirvler spontant i væsker eller gasser. Men hvad påvirker stabiliteten og bestemmer det videre flowregime (f.eks. Antallet af hvirvler i strømmen)? Ved at besvare dette spørgsmål, forskere vil bedre kunne forudsige klimaændringer på Jorden.

Couette -strømningens regime bestemmes af historien om dens udvikling, inklusive værdien af ​​acceleration, hvormed rotationshastigheden af ​​den indre kugle ændres. Denne værdi bestemmer, om der dannes tre eller fire hvirvler i strømmen. Imidlertid, der er ingen stabile rotationshastigheder eller accelerationer i naturlige processer, og tilfældige variationer sker ret ofte. Et team af forskere fra Institute of Mechanics, MSU, demonstreret i et nyt forsøg, hvordan strømningsregimet kan påvirkes af tilfældige udsving i omdrejningshastigheden eller af støj. Eksperimentatorerne forstærkede lydene med vilje for at se, hvad der sker med flowet. Antallet af hvirvler i væsken blev bestemt både med det blotte øje (ved hjælp af aluminiumstøvpartikler til visualisering) og ved hjælp af måling af strømningshastigheden med laser Doppler anemometeret.

Resultaterne af eksperimenterne var mere komplekse, end forskerne kunne have foreslået. Tilfældige udsving og væskestrømningsregimer har faktisk en sammenhæng mellem dem, men det er ikke -lineært. Når lydene ikke var overdrevne, strømmen viste tre hvirvler. Det samme scenarie blev observeret, når der ikke var nogen lyde overhovedet. Næste, når støjniveauet var højt, væsken syntes at "glemme" indflydelsen af ​​acceleration, og fire hvirvler blev dannet i strømmen. Men da forskerne observerede den mest komplekse situation, hvor støjniveauerne var gennemsnitlige, de fandt, at antallet af hvirvler afhænger både af accelerationsværdien og støjniveauet, og denne afhængighed er ikke-lineær.

"Det er stadig ikke fundet ud af, hvordan lyde mellem amplitude påvirker strømmen, "siger Dmitry Zhilenko, medforfatter til værket, og en senior forskningsassistent ved Institut for Mekanik. "Dette vil hjælpe med at evaluere indflydelsen af ​​støj på processerne i forskellige naturlige kroppe:pulsarer, Jordens atmosfære, og andre planeters atmosfærer. For eksempel, nogle undersøgelser tyder på, at tilfældige udsving i varmestrømmen til atmosfæren fra solen kan ændre elementet i atmosfærisk cirkulation:Hadley, Ferrel, og polare celler. Disse celler ligner ringe med lukkede luftcirkulationsløkker, og klimaet på hele planeten afhænger direkte af den atmosfæriske cirkulation i dem. "