小尺度的海水湍流对全球热传输有重要影响

中国科大校友苏展博士(0607,现加州理工学院博士后)的研究成果近日以“Ocean submesoscales as a key component of the global heat budget”为题在国际著名期刊《Nature Communications》发表。这项工作完成了目前为止对全球海洋环流的最高精度的计算机数值模拟,并且原创性地发现了小尺度(10-50km)的海水流体湍流对全球的海洋和大气的热传输起关键作用,是地球气候的重要组成部分。这项研究是在加州理工学院和美国宇航局NASA/JPL的合作下完成。点击 查看文章原文 美国宇航局NASA/JPL报道 海洋研究的科普网站Oceanbites报道

地球的气候和温度是人类社会的重要一环,直接影响人类的日常生活,以及农业,经济和能源等各方面。由于海水的高热容量,海洋能与地球大气发生极大的热量交换从而关键地影响大气温度 (火星由于没有海洋,昼夜温差能达到~100摄氏度)。而海洋与大气的热量交换取决于海洋本身的热量传输。近几十年的物理海洋的研究表明海洋的热量传输很大部分是由海水的湍流运动来完成的。湍流由于其极强的非线性,是物理和数学研究的世界级难题。计算机模拟是研究湍流的重要工具。由于极高的计算模拟成本,小尺度(小于50km)的海水湍流还没有全球性地被模拟和研究过。文章作者参与美国宇航局对全球海洋环流的最高精度的计算机数值模拟(~2km水平精度,利用约0.2 million的计算机核,约7 petabytes 数据存储),将全球范围的海水流动的模拟拉低到~10km尺度.参见附图,显示对北大西洋和南大洋的表面湍流的涡度模拟

南大洋表面湍流的涡度模拟

北大西洋表面湍流的涡度模拟

科学上,这项工作发现小尺度(小于50km)的海水湍流由各种流体力学不稳定性原理产生,并且能极强地在垂直方向上传输热量。从而小尺度湍流能关键性地决定海水表面温度,以及海水和大气的热量交换,进而调控大气的温度变化。现在的气候预测所基于的全球或地区性的气候模型基本都没有考虑到小尺度的海水湍流,因而很可能产生极大的预测误差。这项工作表明海水湍流在极小的尺度上也能对大尺度的气候现象产生极强的非线性调控,是对地球的气候系统以及未来气候变化理解的重要一环。

苏展校友简介

苏展于2010年本科毕业于中国科大空间物理系(0607校友),在2016博士毕业于加州理工学院,主攻海洋的湍流和气候问题。博士毕业后在美国宇航局NASA/JPL和加州理工学院从事博士后工作 (获NASA Postdoctoral Fellowship奖 金 支持)。在2017年获得 Caltech/NASA JPL 杰出博士后研究奖 (Caltech/NASA JPL Outstanding Postdoctoral Research Award)。

2018-05-31 上一篇: 预告:9月24日北京校友金秋午餐会 下一篇: Thousand