Осветили лазером поверхность моря — и открыли новый слой реальности: так вот что влияет на климат

Учёные впервые с миллиметровой точностью измерили воздушные потоки в тонкой переходной зоне между атмосферой и поверхностью океана. Исследование, опубликованное в Nature Communications, выявило два конкурирующих процесса энергообмена между ветром и морскими волнами, что помогает лучше понять формирование волн и другие поверхностные явления.

Два разных механизма

Команда под руководством доктора Марка Бакли из Института динамики прибрежных океанов имени Хереона провела эксперимент в Тихом океане, используя уникальную лазерную систему на борту плавучей платформы FLIP.

Исследователи зафиксировали два одновременных механизма взаимодействия ветра и волн:

• короткие волны длиной около 1 метра движутся медленнее ветра. При обтекании их гребней воздух создаёт перепады давления и передаёт энергию воде;
• длинные волны длиной до 100 метров идут быстрее ветра и формируют собственные уникальные воздушные потоки.

Сочетание этих процессов образует сложную динамику на границе океана и атмосферы.

"До сих пор никто не измерял воздушные потоки так близко к поверхности океана, не говоря уже о картировании энергообмена на таком микроуровне", — отметил Бакли.

Наблюдения проливают свет на физическую границу, которая ранее оставалась малоизученной. Это позволит усовершенствовать теоретические модели и точнее описать процессы обмена между океаном и атмосферой.

Значение для климатических моделей

Обмен энергией, теплом и парниковыми газами между океаном и атмосферой напрямую влияет на климат и погоду Земли. До сих пор многие механизмы этих процессов были плохо измерены. Новые данные помогут учёным уточнить климатические и погодные модели, а также понять, как волны влияют на перенос тепла и газов.

Лазеры и 3D-карты океана

• В работе использовался зелёный лазер, способный проникать как в воздух, так и в воду.
• В воздухе он рассеивается на микроскопических каплях, делая видимыми даже слабые потоки.
• Под водой луч преломляется на ветровой ряби, позволяя картировать мельчайшие неровности поверхности.
• Технология основана на методе Particle Image Velocimetry (PIV), который применяется для изучения динамики жидкостей. Это первый случай, когда PIV использовали в открытом океане для визуализации процессов по обе стороны границы воздух-вода.

Следующим этапом команда планирует столь же детально изучить движение воды под поверхностью океана, чтобы получить полную картину динамики этого "скрытого мира".