Galaktische Winde hielten die uralte Sterngeburt an, aber vielleicht haben sie anderswo begonnen

Das Auge eines Zyklons ist ein Ort der Sicherheit und ein Zeichen der Gefahr. Im Inneren des Auges sind die Winde ruhig und es regnet nicht. Blaue Himmel sind normalerweise über dem Kopf sichtbar. Aber im Inneren eines Sturms zu enden, ist eine schlechte Nachricht - das Auge wird von der Augenwand umkreist, wo die stärksten Winde des Sturms wirbeln. Und wenn sich ein Auge bildet, ist das ein Zeichen dafür, dass ein Zyklon organisierter und mächtiger geworden ist. Es ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem vollwertigen Hurrikan ...

Meteorologen beobachten die Zyklonaugen daher genau. Diese merkwürdigen, stillen Flecken vermitteln unschätzbare Informationen darüber, welche Zerstörung ein Sturm anrichten wird. Trotz des intensiven Fokus der Forscher auf die Phänomene werden Zyklonaugen kaum verstanden. Ein im Jahr 2006 veröffentlichter Artikel fand hunderte von Erklärungen für die Zyklonaugenbildung, von denen sich viele explizit widersprachen.

Aber eine neue Arbeit eines Physikers, eines angewandten Mathematikers und eines Ingenieurs, die heute (12. Januar) in der Zeitschrift Physical Review Fluids veröffentlicht wurde, könnte helfen, das Feld einzuschränken.

Das Problem mit dem Modellieren und dem Herausfinden des Auges, schrieb der Autor, ist, dass die inneren Strukturen von Hurrikanen (und anderen Zyklonen) durch eine Anzahl konkurrierender Kräfte und Phänomene - Dinge wie Turbulenz und verschiedene sich unterschiedlich verhaltende Schichten - beherrscht werden sehr komplex oder schlecht verstanden. Und wenn mehrere komplexe Systeme interagieren, insbesondere solche, die noch keine Informationen preisgeben, sind die Ergebnisse viel komplexer. [50 erstaunliche Tornado-Tatsachen]

Dies ist ein grundlegendes Problem der fluiden Mehanik, sowie der Meteorologie, so die Forscher.

"Trotz des allgemeinen Erscheinungsbildes [der Augen] ist es nicht einmal klar, dass die gleichen grundlegenden Mechanismen in verschiedenen Klassen atmosphärischer Wirbel verantwortlich sind", schrieben die Wissenschaftler. "In Ermangelung eines solchen grundlegenden Verständnisses kann man nicht zuverlässig vorhersagen, wann Augen sich bilden sollten oder nicht."

Die Forscher bauten das, was sie als das komplexeste Modell eines atmosphärischen Zyklons bezeichneten, und entwickelten ein früheres Modell, das sie im Januar 2017 im Journal of Fluid Mechanics entwickelt und beschrieben hatten.

"Man muss bei solchen Versuchen vorsichtig sein", um ein zyklonisches Auge zu modellieren, hieß es in dem Papier von 2018, "und es ist wichtig zu betonen, dass bestimmte wesentliche Merkmale von atmosphärischen Wirbeln im gegenwärtigen Modell fallengelassen wurden. die oben erwähnten Schichten], räumlich variierende und anisotrope Wirbelviskosität [seltsame innere Kräfte, die bestimmen, wie die Luft stößt und wackelt], sowie latente Wärmefreisetzung aufgrund von Wasserdampfkondensation. "

Dennoch, so schrieben sie, ist ihr Modell ein vernünftiges, vereinfachtes Analogon für die Arten tropischer Stürme, die unter realen Bedingungen entstehen.

Für ein Auge in ihrem Modell, so die Forscher, müsse der Zyklon vier Randbedingungen erfüllen. Diese zu kennen ist nicht sehr wichtig, um den grundlegenden Punkt dieser Arbeit zu verstehen, also fühlen Sie sich frei, an der Liste vorbei zu blättern. Aber hier ist es für die Neugierigen:

  1. Die Ekman-Zahl - ein Maß für die lokale atmosphärische Viskosität im Vergleich zur Coriolis-Kraft, die durch die Rotation des Planeten verursacht wird - kann nicht zu hoch sein. Mit anderen Worten, das System kann nicht zu sehr von Reibung zwischen den Luftströmungen dominiert werden, im Gegensatz zu der Kraft der Erde, die unter den Füßen vorbeirutscht.
  2. Die Reynolds-Zahl, die das Verhältnis von Trägheitskräften zur atmosphärischen Viskosität misst, darf nicht zu niedrig sein. Das ist eine komplizierte Art zu sagen, dass die Bewegung des Sturms zumindest ein ziemlich wichtiger treibender Faktor in dem System sein muss, verglichen mit seiner gegenseitigen Klebrigkeit.
  3. Die Rossby-Nummer darf nicht zu groß sein ...
  4. ... oder zu klein. Die Rossby-Zahl misst die Beziehung zwischen den Bewegungskräften des Systems und den Coriolis-Kräften. Damit sich ein Zyklonauge bilden kann, müssen die beiden zumindest etwas bedeutsam sein.

Der wichtige Punkt hier ist, dass zumindest in diesem vereinfachten Modell ein Zyklonauge entsteht, wenn die innere Reibung des Sturms, seine Geschwindigkeit und die Kraft der sich drehenden Erde, die auf den Sturm wirkt, alle ein feines Gleichgewicht treffen.

Es ist wichtig zu wissen, dass diese Ergebnisse die Frage, warum Augen in Hurrikanen entstehen, nicht vollständig beantworten - zu viele Faktoren werden ausgelassen, und es ist durchaus möglich, dass ihr Modell Hurrikane nicht so gut modelliert, wie sie es erwarten. (Ihr Modell deckt mit Sicherheit auch keine anderen Formen von atmosphärischen Zyklonen wie Tornados ab.)

Was diese Forschung tut, schreiben sie, ist der richtige Weg, um einige grundlegende Fragen zu Hurrikanen zu beantworten. Nämlich: Warum bilden sie die Art und Weise, wie sie agieren, und wie können Meteorologen das Verhalten der Stürme besser vorhersagen?