Memprediksi angin topan, memperingatkan tentang gempa bumi, mengendalikan fenomena atmosfer global - ini adalah impian sains modern, yang mempelajari kompleks penyebab yang mendasari suatu peristiwa. Angin topan merupakan salah satu bidang penelitian dalam fisika atmosfer, yang telah cukup berhasil memprediksi lintasan pusaran selama bertahun-tahun, tetapi masih belum dapat memprediksi kekuatannya, dan karenanya skala kemungkinan kehancurannya.
Selama 20 tahun terakhir, penelitian terus berputar di sekitar persamaan badai, yang diturunkan dari pemahaman kita tentang mekanisme pembentukannya. Katakanlah badai terbentuk di atas lautan. Hal ini disebabkan kenaikan konvektif udara hangat dan lembab, kondensasi uap air dengan pelepasan panas laten penguapan. Tetapi jika kita menetapkan angka yang diperlukan alih-alih variabel, kita sama sekali tidak mendapatkan kecepatan angin setinggi itu yang dapat diamati dalam kenyataan.
Diketahui bahwa semakin banyak angin, semakin banyak gelombang di permukaan air. Gelombang adalah "kekasaran" alami yang menciptakan gaya gesekan antara angin dan permukaan. Jika kita perhatikan keseimbangan antara masukan energi dan daya serapnya akibat gaya gesek, ternyata semakin kuat angin maka semakin besar daya serapnya. Artinya, ombak harus "memadamkan" angin, tetapi pada kenyataannya hal ini tidak terjadi.
Angin puyuh di atas Hamburg. 7 Juni 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
Pada akhir 90-an, peneliti Amerika Kerry Emanuel mengajukan hipotesis "gila" yang tidak mendapat tanggapan apa pun di kalangan ilmiah. Dia menyarankan bahwa gesekan berkurang, dan resistensi permukaan laut, sebaliknya, berkurang dengan meningkatnya angin. Tapi ini tidak mungkin?
Kemudian, pada tahun 2003, sebuah artikel diterbitkan di jurnal Nature yang menggambarkan fenomena serupa. Sejak akhir 1990-an, Pusat Pengamatan Badai Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional AS telah secara teratur melakukan pengukuran lapangan kecepatan angin di dalam siklon tropis menggunakan probe GPS yang jatuh. Berdasarkan generalisasi hasil pengukuran tersebut, juga terlihat bahwa koefisien hambatan permukaan laut secara signifikan lebih rendah daripada nilai yang diperoleh dengan mengekstrapolasi data pengukuran di bawah angin “normal”.
Kemudian karyawan Departemen Proses Geofisika Nonlinier Institut Fisika Terapan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia dari Nizhny Novgorod ikut memahami masalah ini.
Institut RAS Fisika Terapan di Nizhny Novgorod / Foto: Domain publik
Video promosi:
“Ide kami sederhana: mari ulangi eksperimen ini di laboratorium. Mari kita buat "irisan" badai dan lihat apa yang terjadi pada permukaan air. Lagipula ada dimana! " - kata Yulia Troitskaya, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, Kepala Departemen Proses Geofisika Nonlinier.
Dia menjelaskan bahwa institut tersebut memiliki instalasi unik, "Kompleks tegakan geofisika skala besar", yang mencakup cekungan termostratifikasi dengan saluran gelombang angin berkecepatan tinggi. Kompleks ini termasuk dalam daftar instalasi kepentingan nasional di Rusia.
USU "Kompleks tegakan geofisika skala besar" (KKGS) / Institut Fisika Terapan Pusat Penelitian Federal dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia
Eksperimen pemodelan badai yang dilakukan di Institut Fisika Terapan Nizhny Novgorod telah membuahkan hasil yang luar biasa. Dengan bantuan kamera video Jepang kecepatan tinggi dengan kecepatan pengambilan gambar hingga setengah juta bingkai per detik, dimungkinkan untuk merekam proses yang memberi pemahaman tentang dasar-dasar pembentukan angin kencang selama badai. Jelas terlihat bahwa memang ada "perataan" gelombang, yang menyebabkan penurunan gesekan dan hambatan. Itu mungkin untuk membuktikan fakta yang tidak mungkin dipercaya.
Pembentukan dan pelepasan tetesan selama angin topan / Institut Fisika Terapan RAS (Nizhny Novgorod)
Selain itu, para ilmuwan menyadari bahwa efek "menghaluskan" bahkan tidak terlalu penting untuk pembentukan angin kencang dibandingkan dengan mekanisme percikan yang efektif.
Yulia Troitskaya menjelaskan: “Kami tertarik untuk mengetahui: bagaimana sebenarnya 'pemulusan' ini terjadi? Bagaimana angin bertiup dari pegunungan? Dan tiba-tiba, dalam gerakan lambat, kami melihat "layar" tertentu, menggembung menjadi semacam gelembung, yang meledak, membentuk banyak percikan. Dalam studi yang berkaitan dengan fragmentasi cairan, "layar" seperti itu telah ditemukan, karena para ilmuwan secara aktif mempelajari mekanisme injeksi bahan bakar cair ke dalam mesin pembakaran internal. Dalam literatur Inggris, efek ini disebut bag breakup - "torn bag". Dalam literatur ilmiah kami, terkadang ini disebut fragmentasi "tipe parasut".
Proses pembentukan tetesan angin topan / Ilustrasi oleh RIA Novosti. A. Polyanina
Para ilmuwan menghitung tetesan tersebut dan menyadari bahwa mekanisme paling efisien untuk menghasilkan percikan telah ditemukan, yang sangat mengubah gambaran terjadinya badai. Sebelumnya, diyakini bahwa percikan terbentuk saat pecahnya gelembung yang mengambang dan jumlahnya jauh lebih sedikit. Ternyata jika kita menghitung ulang hasil eksperimen laboratorium Nizhny Novgorod untuk kondisi alam, maka pembentukan angin topan yang kuat tersebut menjadi lebih bisa dimaklumi. Para ilmuwan telah menyadari bahwa ini adalah mekanisme yang efektif untuk mengalirkan energi ke dalam angin topan, jadi akan segera mungkin untuk memprediksi kapasitas destruktif dari satu atau beberapa badai lainnya.
Anna Urmantseva
