Компьютерные модели торнадо показывают возможные области для укрытия

Используя компьютерные 3D модели, исследователи из Университета Арканзаса продемонстрировали влияние возвышенностей на торнадо. Их модели показали, что высота возвышенности и размер вихря торнадо оказывают существенное влияние на разрушительную силу торнадо. Полученные результаты могут быть использованы для определения более безопасных районов для строительства. Исследователи выяснили, что нижняя часть вихря торнадо значительно разрушается, если высота возвышенности равна радиусу вихря или больше его. Модели также подтвердили важное открытие из предыдущего исследования: скорость ветра значительно сокращается на подветренной стороне возвышенностей.

«Предварительное наблюдение из этого исследования показывает, что есть область, за возвышенностью, где скорости снижаются из-за дезорганизации вихря торнадо, — сказал Паннир Сельвам (Panneer Selvam), профессор гражданского строительства. — Конечно, эта дезорганизация зависит от высоты структуры, а также размера и скорости торнадо. Мы измерили этот эффект в ситуациях, когда ширина возвышенности была перпендикулярна направлению торнадо».

Сельвам и аспирант Петр Гореки (Piotr Gorecki) использовали вычислительную гидродинамику, широко используемый метод для изучения влияния ветра на структуры, для создания компьютерных 3D моделей, показывающих взаимодействие возвышенностей и торнадо. Исследование проводилось с целью выявить влияние высоты возвышенности на взаимодействие «торнадо-возвышенность». Три различных высоты прямоугольных структур — 12, 24 и 36 метров — были исследованы, но каждый из прямоугольников оставался той же ширины и протяженности. Для каждого опыта размер вихря торнадо (диаметром 8 метров) оставался неизменным, как и его максимальная скорость — 86,5 метров в секунду.

Моделированные ситуации Сельвама и Гореки показали, что взаимодействие между возвышенностью и торнадо зависит от соотношения радиуса торнадо и высоты возвышенности. Если радиус торнадо был равен высоте возвышенности, нижняя часть вихря торнадо значительно разрушалась в процессе контакта. Это приводило к малым скоростям на подветренной стороне возвышенности. Ученые обнаружили, что в этой области, скорость ветра была снижена по меньшей мере на 41 % по сравнению с максимальной скоростью торнадо, и той, с которой он шел, пока не столкнулся с возвышенностью.

Результаты показали, что торнадо плавно прошел вдоль 12-метрового прямоугольника, цилиндрическая форма вихря сохранилась на протяжении всего взаимодействия. На этой высоте, торнадо подстраивается под минимальное изменение высоты, и его мощность остается такой же, пока он передвигается вдоль возвышенности. Однако при взаимодействии со структурой высотой 36 м, вихрь дезорганизуется. Торнадо разделяется на две части, и у вихря образуется два конца: один начинает идти по задней части возвышенности, другой — по передней. Часть вихря, идущая впереди, ослабевает и, в конце концов, исчезает совсем, и тогда усиливается задний конец вихря. Однако общая сила торнадо снижается.

Сельвам сказал, что самым безопасным укрытием будет подветренная сторона возвышенности. Ученый ранее обнаружил, что крупные структуры могут снизить силу торнадо. Это исследование показало, что мощность торнадо уменьшается, если сторона здания больше, чем диаметр вихря.

Ранее в этом году Сельвам другой аспирант, проанализировав изображения торнадо и смерчей с Google Earth, выяснили, что при подъеме в гору торнадо причиняет больший ущерб, чем при спуске. Они также сообщили, что когда какая-то область окружена возвышенностями, то торнадо передвигается по долинам внизу, разрушая только верхнюю часть высоких конструкций.

Результаты данного исследования и компьютерные 3D модели были представлены на 12-й Американской конференции по использованию ветровой энергии.

http://nauka21vek.ru