Les scientifiques de l'Alfred C. Glassell Jr. de l'Université de Miami, le laboratoire (SUSTR), le laboratoire de la structure-atmosphère (SUSHID) a mené une étude première de son genre sur la façon dont les vagues se forment et augmentent dans les conditions venteuses et ouraganes. La recherche, qui reconstruit le profil bidimensionnel de la pression et du flux d'air au-dessus des surfaces ondulées, fournit de nouvelles informations sur la compréhension de la croissance des vagues de l'océan et ses implications plus larges pour les prévisions météorologiques et la résilience côtière.
L'équipe de recherche mesurait simultanément la pression atmosphérique, le flux d'air et l'élévation de l'eau dans un environnement contrôlé, capturant jusqu'à 1 000 points de données par seconde. En analysant ces données, ils ont étudié comment différents facteurs, tels que la hauteur des vagues, la fréquence des vagues et la force du vent, ont constitué le mouvement de l'air et le transfert de l'élan entre l'air et la surface de l'océan.
Publié dans le Journal of Geophysical Research: OceansLe but de l'étude est de comprendre comment les vagues se développent et comment les vents interagissent avec l'océan dans des conditions météorologiques extrêmes.
S'appuyant sur ces mesures à haute résolution, les chercheurs ont utilisé les capacités avancées du réservoir de vent de sustain, qui est capable de simuler les vents d'ouragan de la catégorie 5, pour reconstruire les schémas de flux d'air qui entraînent une croissance des vagues dans des vents forts. En utilisant une anémométrie à température constante pour capturer des changements rapides de flux d'air, une vélocimétrie de l'image des particules pour suivre le mouvement de l'air et de l'eau, et l'imagerie multi-faisceau pour cartographier les structures d'ondes, ils ont acquis des informations plus approfondies sur les interactions dynamiques façonnant les ondes océaniques.
« La pression du vent agit comme du carburant pour les vagues de l'océan – une pression plus élevée pousse sur le devant d'une vague, ce qui la rend plus haute et se déplace plus vite », a déclaré Peisen Tan, l'auteur principal de l'étude et un doctorat récent. Diplômé de l'École de marine, atmosphérique et des sciences de la Terre de l'Université de Miami Rosenstel.
« La mesure de la pression sur l'océan ouvert est extrêmement difficile. Nos recherches menées dans SUSTR nous ont permis de documenter que la vitesse du vent seule peut être utilisée pour estimer cette pression et prédire la croissance des vagues. »
Les chercheurs ont constaté que les modèles traditionnels (où le flux d'air adhère à l'eau) prédisent correctement plus de 90% du transfert de momentum dans le flux d'air sur l'eau jusqu'à ce que la séparation se produise. Cependant, lorsque le flux d'air se sépare du côté sous le vent des vagues (bloqués par le vent), ces modèles sous-estiment le transfert d'élan de plus de 30%.
« Cette étude marque une étape importante dans la compréhension du transfert de momentum aérien », a déclaré Brian Haus, professeur au Département des sciences océaniques de l'école Rosenstiel et co-auteur de l'étude.
« Notre approche expérimentale a reconstruit le profil bidimensionnel de la pression et du flux d'air au-dessus des surfaces ondulées – une réalisation qui, à notre connaissance, est une percée première de la nature. Ces idées peuvent aider à affiner les modèles d'ondes numériques en incorporant les effets de séparation du flux d'air. »
