Вращение Земли вызывает эффект Кориолиса, который отклоняет массивные потоки воздуха и воды вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Это явление оказывает сильное влияние на глобальные модели ветра и океанические течения и имеет значение только для крупномасштабных и длительных геофизических явлений, таких как ураганы. Величина эффекта Кориолиса относительно величины сил инерции выражается числом Россби. На протяжении более 100 лет ученые считали, что чем выше это число, тем менее вероятный эффект Кориолиса влияет на океанические или атмосферные явления.

2D-изображение скорости во внутренней струе с числом Россби, равным 100, которое показывает, как вращение планеты приводит к дестабилизации и рассеянию изначально когерентной структуры потока. Фото: Тимур Радько и Дэвид Лорфельд

Недавно исследователи военно-морской школы последипломного образования в Калифорнии обнаружили, что эффект Кориолиса оказывает влияние даже на более мелкие волнения океана с высокими числами Россби, такие как вихри в подводных следах, под влиянием эффекта Кориолиса. Их открытие ставит под сомнение предположения, лежащие в основе теоретической океанографии и геофизической гидродинамики. Команда сообщает о своих выводах по физике жидкостей.

«Мы обнаружили некоторые основные — и в значительной степени упускаемые из виду — явления в фундаментальной гидродинамике, которые относятся к тому, как вращение Земли влияет на различные геофизические потоки», — сказал Тимур Радко, профессор океанографии и автор статьи.

Радько и подполковник Дэвид Лорфельд первоначально сосредоточился на разработке новых систем обнаружения подводных лодок. Они подошли к этому вопросу, исследуя вихри блинов или плоские вытянутые мини-вихри, расположенные в следах затопленных транспортных средств. Вихри вызваны вихревой водой и обратным током от турбулентности потока воды.

В прошлом году группа во главе с Радько опубликовала в том же журнале AIP статью о контроле вращения блинных вихрей, первую статью, в которой оспаривалось знаменитое «правило Россби». В этой самой последней статье исследователи показали с помощью численного моделирования: что внутренние струи следа могут напрямую контролироваться вращением. Они также продемонстрировали, что эволюция неорганизованного мелкомасштабного вихревого поля определяется вращением планеты.

«Здесь наше открытие может иметь решающее значение», — сказал Радько. «Мы обнаруживаем, что циклоны сохраняются, но антициклоны распадаются относительно быстро. Если антициклоны в следе так же сильны, как и циклоны, это означает, что след свеж, — враг прошел не так давно. Если циклоны намного сильнее, чем антициклоны, то субмарин, вероятно, уже давно нет».

Алгоритм, разработанный исследователями, основан на разной эволюции циклонов и антициклонов, которая является следствием вращения планет. «Поэтому, — заключил Радько, — такие эффекты должны учитываться в численных и теоретических моделях тонких океанических процессов в диапазоне 10–100 метров».

По материалам phys.org