Физики обнаружили у земной погоды "эффект бабочки"

Температурная карта, иллюстрирующая эффект от Эль-Ниньо в 1997 году.
Температурная карта, иллюстрирующая эффект от Эль-Ниньо в 1997 году.

Ученые изучили взаимосвязь процесса Эль-Ниньо (нагревание воды в Тихом океане) с фронтом дождей над Индийским и Тихим океанами.

Группа физиков показала, что атмосферные процессы, проходящие в различных частях земного шара, синхронизированы между собой. Ученые сделали такой вывод по итогам эксперимента, который моделировал различные климатические явления. Эта работа, опубликованная  в журнале Physical Review Letters, стала первым экспериментальным подтверждением "эффекта бабочки" для земной погоды.

Предметом интереса ученых была взаимосвязь между такими процессами, как, например, Эль-Ниньо (явление, характеризующееся повышением температуры поверхностных слоев воды в центральной части Тихого океана минимум на полградуса по Цельсию) и осцилляцией Маддена-Джулиана (фронт дождей над Индийским и Тихим океанами). Существование такой взаимосвязи постулировалось достаточно давно, однако на практике подтверждено не было.

Авторы новой работы решили смоделировать глобальные процессы, происходящие в атмосфере и в океане. Для этого они использовали вращающуюся емкость, заполненную смесью воды и глицерина. Внутри емкости располагался еще один цилиндр, а жидкость наливалась в пространство между ним и внешней стенкой. Во время экспериментов внешний цилиндр нагревался, а внутренний - охлаждался, имитируя температурное влияние тропиков одного из полюсов.

Такая система позволяет удовлетворительно моделировать процессы, происходящие в одном полушарии. Для того чтобы изучить климатические изменения в масштабе всего земного шара, ученые усовершенствовали описанную выше систему. Они взяли две емкости, температура внутри которых поддерживалась при помощи шлангов с водой, обвивающих цилиндры. Ученые соединили "выход" шланга, обернутого вокруг теплого цилиндра одной из емкостей, со "входом" шланга, который обвивал теплый цилиндр второй емкости. Таким образом, температурные изменения в первой емкости могли влиять на температуру второй. В масштабах планеты шланги должны были представлять тропические ветра, дующие в сторону экватора. Созданная исследователями система могла передавать температурные колебания в 0,05 градуса и даже меньше.

Ученые контролировали движение жидкости в первой емкости, изменяя параметры ее вращения. Они добились того, чтобы потоки внутри жидкости носили сначала периодический, а потом хаотический характер. В обоих случаях движения внутри жидкости во второй емкости очень быстро начинали приобретать тот же характер, что и в первой. Проанализировав полученные результаты, ученые составили на их основе математическую модель, которая показала, что синхронизация двух емкостей носит сложный характер, однако прослеживается очень четко.

Таким образом, исследователям удалось показать, что для атмосферных процессов характерен "эффект бабочки" - свойство хаотических систем, заключающееся в том, что незначительное влияние на систему может иметь выраженные и непредсказуемые эффекты в другом месте и в другое время. В настоящее время авторы проверяют свою модель на реальных климатических данных и, по их словам, им уже удалось обнаружить некоторую синхронизацию.

По теме

Архив
Новости

ok