Лазеры раскрывают скрытый мир прямо над волнами
Океаническая платформа, оснащенная лазером, обнаружила два конкурирующих обмена энергией ветра и волн, каждый из которых формирует поверхность моря удивительным образом.
Это открытие дает более четкое представление о том, как атмосфера и океан обмениваются теплом, газами и импульсом.
Лазерное картографирование раскрывает скрытый танец воздуха и моря
Исследовательская группа под руководством доктора Марка Бакли из Института динамики прибрежных океанов Hereon разработала новый мощный способ визуализации взаимодействия между воздухом и морем. Работая на борту FLIP (плавучей инструментальной платформы) в Тихом океане, команда использовала специально разработанную лазерную измерительную систему для записи высокодетальных изображений воздушных потоков, происходящих на высоте от нескольких миллиметров до одного метра над поверхностью воды. Этот подход позволил им выявить два различных процесса взаимодействия ветра и волн, которые происходят одновременно, но ведут себя совершенно по-разному.
Короткие волны, длиной примерно один метр, движутся медленнее, чем ветер над ними. Когда ветер ударяет по гребням волн, он разделяется, создавая разницу давлений, которая передает энергию непосредственно волне. Напротив, длинные волны, которые могут достигать 100 метров в длину, движутся быстрее, чем ветер. Их движение создает свои собственные уникальные модели воздушных потоков. Оба этих механизма происходят одновременно в разных частях волнного поля, и это открытие может значительно повысить точность моделей атмосферной и океанической циркуляции.
Airflow Insights усовершенствует климатические модели
Обмен энергией, теплом и парниковыми газами между океаном и атмосферой является основным фактором, влияющим на глобальный климат и погодные системы. Хотя ученые давно признали важность этих взаимодействий, точные физические механизмы, лежащие в их основе, остаются в значительной степени неизученными. Исследовательская группа стремится усовершенствовать свою систему, чтобы она могла с большей точностью отслеживать движения под поверхностью воды.
«До сих пор никто не измерял воздушные потоки так близко к поверхности океана, не говоря уже о том, чтобы составить карту механизмов обмена энергией в таком мелком масштабе», — говорит ведущий автор Бакли. «Наши наблюдения проливают свет на физическую границу. Это позволит нам усовершенствовать теоретическую базу и разработать более точные описания процессов обмена между воздухом и морем, которые до сих пор были поняты лишь частично».
Лазер PIV снимает поверхность океана в 3D
Изображение основано на лазере, который проходит как через воздух, так и через воду: зеленый луч попадает на капли воды, введенные в воздух — похоже на туман, освещенный солнечным светом. Эти капли следуют за движением воздушного потока, рассеивают лазерный свет и делают видимыми даже самые незначительные движения в воздухе. В то же время лазер проникает через поверхность воды. На поверхности, движимой ветром, свет преломляется, раскрывая структуру поверхности воды.
Такое сочетание позволяет визуализировать как воздушную, так и водную стороны. Метод основан на частичной визуальной велоциметрии (PIV), устоявшейся технике в гидродинамике. PIV предоставляет точную информацию о структуре потока и скорости ветра. Это первый случай использования этой техники над открытым океаном.
