模拟实验研究能量巨大飓风 _飓风

2005年8月29日卡特丽娜飓风
科学家仅仅利用小小的像茶壶状的物品，就可以通过实验模拟，研究包括能量巨大的飓风在内的一些自然涡旋现象。
地球的大气圈以及内部的外核里中存在一种很普遍的现象：能量巨大的旋转涡旋。大气圈中这些涡旋包括旋风（cyclones）和飓风（hurricanes），在外核他们是形成地球磁场的重要基础。美国加州大学巴巴拉分校（UC Santa Barbara）实验物理学家和荷兰的计算机研究团队合作，得出观点认为：这些在地球内部以及大气圈中的涡旋现象都是由同样的机理所控制的。
研究团队利用4到40英寸高的实验室水缸研究这种基本的物理过程。研究结果发表在《物理评论快报》（<Physical Review Letters>）杂志上。
加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）的物理学教授，资深作家G. Ahlers说：“要直接研究大气中的涡旋太过困难了，物理学家更愿意利用复杂条件中其中的一个因素，在理想的条件下通过定量的方法来研究。”文章的第一作者，加州大学圣巴巴拉分校的博士后S. Weiss在实验室里就是这样，对若干个圆筒填满水，在下面对其加热并在上面进行冷却，开展他的研究工作。
由于温度的差异，底部液体受热上升，顶部液体冷却下降——这种现象称为对流（convection）。同时水缸沿着自身中轴线旋转，这样能对里面液体流动造成很大作用。这种旋转类似地球的自转，是涡旋发展的重要因素。而圆筒上下的温差能够促使液体在初始过程中的流动。
Ahlers和他的团队研究首次发现了令人意想不到的结果。如果容器中的旋转过慢，里面并不会产生涡旋。当到达一定的临界转速，容器中的循环结构会发生改变。涡旋会发生在这种循环中，同时从底部上升的温暖流体在较低的转速中的流动速度会更快。Ahlers说：“最值得注意的是水缸必须控制在一定的转速才会出现这样的现象。”
【模拟实验研究能量巨大飓风】第一个涡旋生成的旋转速率与水缸的直径和高度有关。当水缸宽而矮的时候，旋转速率相对较低，而当圆筒窄而高的时候，生成涡旋所需的旋转速率会较高。此外，所生成的涡旋都与水缸的侧壁存在一定的距离。而当旋转速率降低的时候，这个距离会相应增加。
这一理论模型解释了自然界中涡旋发生发展的原因及过程。对于一个足够宽广的环境来说（相对于它的高度），侧壁墙的存在并不那么重要，而涡旋生成所需的速率会相应较低。

来源：化石网/企鹅替身