Внутренние волны давно признаны важнейшими компонентами круговорота питательных веществ океана и ключом к тому, как океаны будут накапливать и распределять дополнительное тепло, вызванное глобальным потеплением. Тем не менее, до сих пор ученые не имели полного представления о том, как возникают, движутся и рассеиваются внутренние волны.Исследователи из многоинституционального эксперимента по внутренним волнам в проливах Управления военно-морских исследований (IWISE) опубликовали в журнале Nature первую "от колыбели до могилы" модель самых мощных внутренних волн в мире.
Вызванные приливом волны движутся через Лусонский пролив между южным Тайванем и филиппинским островом Лусон, который соединяет Тихий океан с Южно-Китайским морем.Объединив компьютерные модели, созданные в основном исследователями Принстонского университета, с наблюдениями на кораблях, исследователи определили движение и энергию волн от их происхождения на двойном гребне между Тайванем и Филиппинами до момента, когда они исчезают у берегов Китая. Известно, что внутренние волны Лусонского пролива обеспечивают питательными веществами китов и представляют опасность для судоходства, они движутся на запад со скоростью до 3 метров (18 футов) в секунду и могут достигать 500 метров (1640 футов) от впадины до гребня. обнаружили исследователи.
Внутренние волны Лусонского пролива представляют собой идеальный архетип для понимания внутренних волн, объяснила соавтор Соня Легг, старший океанограф-исследователь из Принстонской программы по атмосферным и океаническим наукам и преподаватель наук о Земле. Расстояние от пролива Лусон до Китая относительно невелико — по сравнению, возможно, с внутренней гавайской волной, которая пересекает Тихий океан до Орегона, — а Южно-Китайское море относительно свободно от препятствий, таких как острова, перекрестные течения и водовороты, сказал Легг.
По ее словам, эти факторы не только сделали волны более управляемыми для моделирования и изучения в полевых условиях, но и привели к более четкому пониманию динамики волн, которое можно использовать для понимания внутренних волн в других частях океана.«Мы знаем, что эти волны есть и в других частях океана, но на них трудно смотреть, потому что есть другие препятствия», — сказал Легг. «Волны Лусонского пролива находятся в мини-бассейне, поэтому вместо всего Тихого океана, на котором нужно сосредоточиться, у нас было это маленькое море — с ним гораздо легче управлять.
Это место, которое можно представить как лабораторию в океане, которая намного проще чем в других частях океана ".Легг и соавтор Мартен Буйсман, которые работали над проектом в то время, когда он работал докторантом в Принстоне, а сейчас является доцентом кафедры физической океанографии в Университете Южного Миссисипи, создали компьютерное моделирование волн Лусонского пролива, которые исследователи из Южного Китая Море используется для определения лучших мест для сбора данных.Например, Легг и Буйсман использовали свои модели, чтобы определить, где и когда волны начинаются с наибольшей энергией, когда океанский прилив пересекает два подводных хребта пролива на запад.
Примечательно, что их модели показали, что два гребня значительно увеличивают размер и энергию волны, намного превышающую сумму того, что два гребня генерировали по отдельности. По словам Легга, сложность системы с двумя гребнями ранее не была известна.По словам Легга, энергия, исходящая от двух хребтов пролива, становится круче по мере того, как он движется в сторону Китая, переходя от катящейся волны к крутой «пилообразной» форме.
Это те данные, которые исследователи стремились собрать — куда направляется энергия, стоящая за внутренними волнами, и как она изменяется на своем пути. То, как энергия внутренней волны рассеивается, определяет количество тепла и питательных веществ, которые переносятся из холодных глубин нижнего океана в теплые поверхностные воды или наоборот.
По словам Легга, в моделях, используемых для прогнозирования условий на Земле, нагретой в результате изменения климата, особенно необходимо учитывать, как океан будет перемещать избыточное тепло. Тепло, которое остается на поверхности, в конечном итоге приведет к большему повышению уровня моря, поскольку более теплая вода расширяется с большей готовностью при нагревании. Однако холодная вода глубин меньше расширяется при том же поступлении тепла и имеет большую емкость для хранения теплой воды.
По словам Легга, если тепло пойдет в глубину океана, это может значительно увеличить количество тепла, которое он может поглотить.По ее словам, по мере того, как исследователи узнают больше о внутренних волнах, таких как волны в Лусонском проливе, климатические модели могут быть проверены на основе того, что становится известно о механике океана, для более точного прогнозирования условий на более теплой Земле.«В конечном счете, мы хотим знать, какое влияние на океан оказывает перенос и хранение тепла.
Внутренние волны являются важной частью головоломки, сообщающей нам, где хранится тепло», — сказал Легг. «У нас есть в Лусонском проливе океаническая лаборатория, где мы можем протестировать наши теоретические модели и симуляции, чтобы увидеть, как они проявляются в малом масштабе».