Un gruppo di ricerca dell’Università di Nagoya ha simulato accuratamente la turbolenza dell’aria che si verifica nelle giornate limpide intorno a Tokyo utilizzando il supercomputer più veloce del Giappone. Hanno quindi confrontato le loro scoperte con i dati di volo per creare un modello predittivo più accurato. La ricerca è stata riportata sulla rivista Lettere di ricerca geofisica.
Sebbene la turbolenza dell’aria sia solitamente associata al maltempo, la cabina di un aereo può tremare violentemente anche in una giornata soleggiata e senza nuvole. Conosciuti come turbolenze di aria limpida (CAT), questi movimenti d’aria turbolenti possono verificarsi in assenza di nuvole visibili o altri disturbi atmosferici. Sebbene i meccanismi esatti che causano il CAT non siano completamente compresi, si ritiene che sia guidato principalmente dal wind shear e dall’instabilità atmosferica.
CAT rappresenta un rischio elevato per la sicurezza aerea. L’improvvisa turbolenza in una giornata altrimenti tranquilla può causare lesioni ai passeggeri e ai membri dell’equipaggio, danni all’aeromobile e interruzioni delle operazioni di volo. I piloti fanno affidamento sui rapporti di altri velivoli, radar meteorologici e modelli atmosferici per anticipare ed evitare aree di potenziale turbolenza. Tuttavia, poiché CAT non mostra indicatori visibili, come nuvole o temporali, è particolarmente difficile da rilevare e prevedere.
Mentre i venti turbinano e circolano creando improvvisi cambiamenti nel flusso d’aria, si creano vortici che possono scuotere un aereo. Pertanto, per comprendere meglio il CAT, gli scienziati lo modellano utilizzando la simulazione di vortici di grandi dimensioni (LES), una tecnica di fluidodinamica computazionale utilizzata per simulare questi flussi turbolenti. Tuttavia, nonostante la sua importanza per la ricerca sulla turbolenza dell’aria, una delle maggiori sfide di LES è il costo computazionale. Simulare le complesse interazioni coinvolte in LES richiede alti livelli di potenza di calcolo.
Per simulare in modo elaborato il processo di generazione della turbolenza utilizzando LES ad alta risoluzione, il gruppo di ricerca dell’Università di Nagoya si è rivolto a un computer su scala exa chiamato supercomputer Fugaku. È un sistema di calcolo ad alte prestazioni, attualmente classificato come il secondo supercomputer più veloce al mondo.
Usando l’immenso potere computazionale di Fugaku, il Dr. Ryoichi Yoshimura dell’Università di Nagoya in collaborazione con il Dr. Junshi Ito e altri dell’Università di Tohoku, ha eseguito una simulazione ad altissima risoluzione del CAT sopra l’aeroporto Haneda di Tokyo in inverno causato dalla bassa pressione e da un vicino catena montuosa.
Hanno scoperto che il disturbo della velocità del vento è stato causato dal collasso dell’onda di instabilità di Kelvin-Helmholtz, un tipo specifico di instabilità che si verifica all’interfaccia tra due strati d’aria con velocità diverse. Poiché uno strato ha una velocità maggiore rispetto all’altro, crea un effetto ondulatorio mentre attira lo strato a velocità inferiore. Man mano che le onde atmosferiche crescono da ovest e collassano a est, questo fenomeno crea diversi vortici fini, creando turbolenza.
Dopo aver effettuato i calcoli, il gruppo aveva bisogno di confermare se i loro vortici simulati fossero coerenti con i dati del mondo reale. “Intorno a Tokyo, sono disponibili molti dati osservativi per convalidare i nostri risultati”, ha affermato Yoshimura. “Ci sono molti aeroplani che sorvolano gli aeroporti, il che si traduce in molti rapporti di turbolenza e intensità dello scuotimento. Sono state utilizzate anche osservazioni atmosferiche di un pallone vicino a Tokyo. I dati di scuotimento registrati in quel momento sono stati utilizzati per dimostrare che i calcoli erano validi .”
“I risultati di questa ricerca dovrebbero portare a una comprensione più profonda del principio e del meccanismo di generazione della turbolenza mediante simulazione ad alta risoluzione e consentirci di studiare in modo più dettagliato gli effetti della turbolenza sugli aeroplani”, ha affermato Yoshimura. “Poiché è stato dimostrato che si verificano turbolenze significative nella regione 3D limitata, è possibile effettuare il routing senza volare nella regione regolando i livelli di volo se la presenza di turbolenza attiva è nota in anticipo. LES fornirebbe un modo intelligente di volare fornendo dati più accurati previsioni di turbolenza e previsione in tempo reale.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
