Вихри и давление. Математическая модель МГУ объясняет зарождение смерчей

Ученые Московского государственного университета разработали новую математическую модель, которая значительно продвинула понимание процессов формирования смерчей. Исследование, основанное на уравнениях движения и непрерывности жидкости, показало, как высокая скорость вращения воздуха влияет на давление внутри вихря, создавая условия для возникновения смерча.

Исследователи кафедры математической физики факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ предложили модель, которая детально описывает механизмы зарождения и развития смерча. Основываясь на уравнениях, описывающих движение неоднородной жидкости, ученые пришли к выводу, что ключевым фактором является значительный перепад давления между внешней и внутренней полостью вихря. Высокая скорость вращения воздуха создает этот перепад, что приводит к формированию смерча.

Модель также показывает, что смерч развивается при движении вихря вниз, начиная с верхних слоев атмосферы, и продолжает свое формирование до достижения земной поверхности. После этого развитие смерча становится практически стационарным, за исключением тонкого пограничного слоя, который обеспечивает выполнение граничных условий.

Важно отметить, что внешняя форма смерча зависит от скорости вращения, а внутри вихря происходит значительное снижение давления на 10–20% по сравнению с обычными атмосферными условиями на той же высоте. Это вызывает вертикальный восходящий поток, который может переносить смесь газа и пыли, а над морем – воду.

Исследование также выделяет важную роль вязкости воздуха, которая значительно влияет на динамику явления. В обычных атмосферных условиях причиной исчезновения смерча является отключение внешних сил, а не вязкое трение, что было подтверждено данной моделью.

«Эта работа представляет собой значительный шаг вперед в понимании механизма зарождения и развития смерча. Мы уверены, что наши результаты помогут в разработке более точных моделей прогнозирования этого явления».

— Андрей Баев, профессор кафедры математической физики ВМК МГУ

Полученные результаты могут значительно повлиять на разработку новых мер защиты и регуляторных решений для обеспечения безопасности. Модель позволяет оценить устойчивость различных систем к воздействию смерчей, выявить слабые места и предложить архитектурные решения для повышения устойчивости.