海洋中涡流杀戮的影响不再是猜测的问题

由风的动能推动的洋流是我们气候的重要调节器。通过将热量从赤道转移到极地地区，它们有助于使我们的星球适合居住。

然而，科学家们用来研究这个复杂系统的大规模模型未能准确地解释风对海洋中最具活力的成分的影响：旋转的中尺度涡旋。这些大小为 50 至 500 公里的环形水流对于确定墨西哥湾流等更大洋流的轨迹至关重要。

在《科学进展》杂志上的一篇论文中，罗切斯特大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员首次记录了推动更大洋流的风如何对小于 260 公里的涡流产生相反的影响——导致了一种称为“涡流杀戮。”

它们还首次直接测量了这种涡旋杀伤的整体影响：持续损失 50 吉瓦的动能——相当于全年每 20 分钟引爆一次广岛核弹。

通过卫星观测进行更好的分析

“这是我们第一次能够通过卫星观测的直接测量，以最少的假设来解开涡流杀伤，”相应的作者，罗切斯特机械工程副教授侯赛因·阿鲁伊说。

该团队还包括博士 Shikhar Rai。Aluie 湍流和复杂流小组的学生，以及洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家 Matthew Hecht 和 Matthew Maltrud——将粗粒度方法应用于卫星图像。这样做使他们能够将相互嵌入的洋流和涡流的复杂、多尺度结构分开。

Aluie 说，与大多数海洋学家使用的方法相比，这种方法提供了更详细的空间分析，后者专注于时间波动。这些方法要么无法解释涡流杀死的影响，要么提供了差异很大的估计。“数字无处不在，”Aluie 说。

Aluie 称赞了 Rai，他是五年级的博士。学生，为论文做了“所有繁重的工作”。“有很多技术问题，但他坚持不懈并能够解决这些问题，”Aluie 说。“他有很多前途和才华。”

Aluie 说，自 1980 年代后期以来，科学家们就从理想化模型中了解了涡流杀伤。

基本概念很容易形象化。涡流就像一个顺时针或逆时针旋转的圆。然而，任何流过涡流的风都只会向一个方向移动，“帮助”圆的一半至少部分向同一方向移动，同时阻碍另一半。

想象一下，在同方向行驶的汽车旁边骑着自行车——就像风吹过向同一方向运动的涡流部分。速度差异成比例地比您骑自行车经过沿相反方向行驶的汽车时要小得多，就像风推向涡流的另一侧一样。比例速度的差异解释了对涡流的净“杀死”效应，导致风提取能量。

“一方面，风使海洋移动，但它正在杀死其中最有活力的部分。因此，这是违反直觉的，而且以前没有直接测量过，因为人们使用了错误的工具， “阿卢伊说。

他说，一个更好的工具很重要，因为关于可能影响涡流杀死的其他因素，以及涡流在洋流、热流、盐浓度以及营养物质和海洋生物上涌的其他方面的重要性，仍然存在许多问题。

Aluie 说，这篇论文中展示的方法有望被海洋学家用来“解开”这些谜团。

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