Effekten af ​​hvirveldrab i havene er ikke længere et spørgsmål om gætværk

Havstrømme, drevet af kinetisk energi fra vinden, er de store moderatorer af vores klima. Ved at overføre varme fra ækvator til polære områder, de hjælper med at gøre vores planet beboelig.

Og stadigvæk, de store modeller, der bruges af videnskabsmænd til at studere dette komplekse system, klarer ikke nøjagtigt at redegøre for vindens indvirkning på havets mest energiske komponenter:hvirvlende, mesoskala hvirvler. Disse cirkulære vandstrømme på 50 til 500 kilometer i størrelse er afgørende for at bestemme banen for større havstrømme som Golfstrømmen.

I et papir i Videnskab fremskridt , forskere fra University of Rochester og Los Alamos National Laboratory dokumenterer for første gang, hvordan vinden, som driver større strømme, har den modsatte effekt på hvirvler, der er mindre end 260 kilometer store – hvilket resulterer i et fænomen kaldet "eddy killing".

De giver også den første direkte måling af den samlede virkning af dette hvirveldrab:Et kontinuerligt tab på 50 gigawatt kinetisk energi - svarende til detonationen af ​​en Hiroshima-atombombe hvert 20. minut, året rundt.

Bedre analyse med satellitobservationer

"For første gang er vi i stand til at optrevle hvirveldrab ved direkte måling fra satellitobservationer, med minimale forudsætninger, " siger den tilsvarende forfatter Hussein Aluie, lektor i maskinteknik ved Rochester.

Holdet - som også inkluderer Shikhar Rai, en ph.d. studerende i Aluies Turbulence and Complex Flow Group, og Los Alamos National Laboratory-videnskabsmænd Matthew Hecht og Matthew Maltrud - anvendte en grovkornet tilgang til satellitbilleder. Det gjorde det muligt for dem at adskille komplekset, flerskalastrukturer af havstrømme og hvirvler indlejret i hinanden.

Denne metode giver en mere detaljeret rumlig analyse, end det er muligt med dem, der anvendes af de fleste oceanografer, som koncentrerer sig om tidsmæssige udsving, Aluie siger. Disse metoder tager enten ikke højde for virkningen af ​​hvirveldrab eller giver meget varierende skøn. "Tallene har været overalt, " siger Aluie.

Aluie roste Rai, en femte års ph.d. studerende, for at gøre "alle de tunge løft" for papiret. "Der var mange tekniske problemer, men han holdt ud og var i stand til at finde ud af dem, " siger Aluie. "Han har en masse løfter og talent."

Ny metode kan vende udviklingen for undersøgelser af havstrømme

Forskere har kendt til hvirveldrab siden slutningen af ​​1980'erne fra idealiserede modeller, Aluie siger.

Det grundlæggende koncept er ret enkelt at visualisere. En hvirvel er som en cirkel, der roterer enten med eller mod uret. Enhver vind, der flyder over hvirvelen, imidlertid, vil kun bevæge sig i én retning, "hjælper" halvdelen af ​​cirklen med at bevæge sig i det mindste delvist i samme retning, mens den hæmmer den anden halvdel.

Forestil dig, at du kører på cykel ved siden af ​​en bil, der kører i samme retning - ligesom vinden flyder over den del af hvirvelen, der bevæger sig i samme retning. Forskellen i hastighed er forholdsmæssigt meget mindre, end det sker, når du cykler forbi en bil, der bevæger sig i den modsatte retning, meget ligesom vinden skubber mod den anden side af hvirvelen. Denne forskel i proportional hastighed er årsag til netto "dræbende" effekt på hvirvelen, hvilket resulterer i, at vinden udvinder energi.

"På den ene side får vinden havet til at bevæge sig, og alligevel dræber den den del af den, der er den mest energiske. Så, det er kontraintuitivt og noget, der ikke var blevet direkte målt før, fordi folk brugte de forkerte værktøjer, " siger Aluie.

Et bedre værktøj er vigtigt, fordi der stadig er mange spørgsmål om andre faktorer, der kan påvirke hvirveldrab, og om betydningen af ​​hvirvler i andre aspekter af havets strømme, varme flow, saltkoncentrationer, og opstrømning af næringsstoffer og marine organismer, han siger.

Metoden demonstreret i dette papir vil forhåbentlig blive tilpasset af oceanografer til også at "optrevle" disse mysterier, Aluie siger.