• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Naturen
    Effekten av virveldödning i hav är inte längre en fråga om gissningar

    Denna karta från satellitdata av doktoranden Shikhar Rai visar, i blått, områden i haven där ”virveldöd” resulterar i nettoförlust av rörelseenergi. Områdena i svart avbildar landmassor och oceaniska regioner med säsongsbetonad eller permanent istäckning. Kredit:Hussein Aluie

    Havsströmmar, drivs av kinetisk energi från vinden, är de stora moderatorerna för vårt klimat. Genom att överföra värme från ekvatorn till polära områden, de hjälper till att göra vår planet beboelig.

    Och ändå, de storskaliga modellerna som används av forskare för att studera detta komplexa system misslyckas med att korrekt redogöra för vindens inverkan på havets mest energirika komponenter:virvlande, virvlar i mesoskala. Dessa cirkulära strömmar av vatten 50 till 500 kilometer i storlek är avgörande för att bestämma banan för större havsströmmar som Golfströmmen.

    I ett papper i Vetenskapens framsteg , forskare från University of Rochester och Los Alamos National Laboratory dokumenterar för första gången hur vinden, som driver fram större strömmar, har motsatt effekt på virvlar som är mindre än 260 kilometer stora – vilket resulterar i ett fenomen som kallas "eddy killing".

    De ger också den första direkta mätningen av den totala effekten av detta virveldöd:En kontinuerlig förlust av 50 gigawatt rörelseenergi – motsvarande detonationen av en kärnvapenbomb i Hiroshima var 20:e minut, året runt.

    Bättre analys med satellitobservationer

    "För första gången kan vi reda ut virveldödande genom direkt mätning från satellitobservationer, med minimala antaganden, " säger motsvarande författare Hussein Aluie, docent i maskinteknik vid Rochester.

    Teamet – som också inkluderar Shikhar Rai, en Ph.D. student i Aluies Turbulence and Complex Flow Group, och Los Alamos National Laboratory-forskare Matthew Hecht och Matthew Maltrud – tillämpade ett grovkornigt tillvägagångssätt på satellitbilder. På så sätt kunde de separera komplexet, flerskaliga strukturer av havsströmmar och virvlar inbäddade i varandra.

    Denna metod ger en mer detaljerad rumslig analys än vad som är möjligt med de som används av de flesta oceanografer, som koncentrerar sig på tidsfluktuationer, säger Aluie. Dessa metoder tar antingen inte hänsyn till effekterna av virveldödning eller ger väldigt varierande uppskattningar. "Siffrorna har varit överallt, " säger Alui.

    Aluie berömde Rai, en femteårs Ph.D. studerande, för att ha gjort "alla tunga lyft" för tidningen. "Det var många tekniska problem, men han höll ut och kunde lista ut dem, " Aluie säger. "Han har många löften och talang."

    Virvlar är cirkulära vattenströmmar (visas här som gröna och ljusblå virvlande mönster av växtplanktonblomningar) som spelar en viktig roll för att bestämma havets strömmar, värmeflöde, saltkoncentrationer, och uppväxt av näringsämnen och organismer. Kredit:NASA/Goddard Space Flight Center Ocean Color

    Ny metod kan vända utvecklingen för studier av havsströmmar

    Forskare har känt till virveldöd sedan slutet av 1980-talet från idealiserade modeller, Säger Aluie.

    Grundkonceptet är ganska enkelt att visualisera. En virvel är som en cirkel som roterar antingen medurs eller moturs. Vilken vind som helst som flyter över virveln, dock, kommer att röra sig i endast en riktning, "hjälper" den halva cirkeln som rör sig åtminstone delvis i samma riktning, samtidigt som den andra halvan hindras.

    Föreställ dig att cykla bredvid en bil som går i samma riktning - ungefär som vinden flyter över den del av virveln som rör sig i samma riktning. Skillnaden i hastighet är proportionellt mycket mindre än vad som inträffar när du cyklar förbi en bil som rör sig i motsatt riktning, ungefär som vinden trycker mot den andra sidan av virveln. Denna skillnad i proportionell hastighet står för netto "dödande" effekt på virveln, vilket resulterar i att vinden utvinner energi.

    "Å ena sidan får vinden havet att röra sig, och ändå dödar den den del av den som är mest energisk. Så, det är kontraintuitivt och något som inte hade mätts direkt tidigare eftersom folk använde fel verktyg, " säger Alui.

    Ett bättre verktyg är viktigt eftersom många frågor återstår om andra faktorer som kan påverka virvelmord, och om virvlarnas betydelse i andra aspekter av havets strömmar, värmeflöde, saltkoncentrationer, och uppväxt av näringsämnen och marina organismer, han säger.

    Metoden som demonstreras i denna artikel kommer förhoppningsvis att anpassas av oceanografer för att även "reda upp" dessa mysterier, säger Aluie.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com