北极的特殊海洋湍流困惑的科学家几十年来 - 现在麻省理工学院有一个解释

新的研究表明，随着北极血液夏季冰的冰水将变得更加动荡。

eddies经常被视为海洋的天气。如大气中的大规模循环，Eddies通过海洋漩涡作为缓慢移动的海旋风，扫养养分和热量，并在世界各地运输。

在大多数海洋中，在每个深度都观察到漩涡，表面更强烈。但自20世纪70年代以来，研究人员在北极观察了一个特殊的模式：在夏天，北极漩涡类似于其他海洋的同行，在整个水柱上突然出现。然而，随着冬天冰的回归，北极水平静静，漩涡无处可在冰下的前50米处找到。同时，更深层次的层继续搅拌漩涡，不受较浅的水域突然变化的影响。

这场季节性转向北极涡流活动几十年来的科学家。现在，麻省理工学院团队有一个解释。在2020年12月15日发布的论文中，研究人员展示了北极涡流行为的主要成分是冰摩擦和海洋分层。

通过建模海洋物理学，他们发现冬季冰充当摩擦制动器，放缓的表面水流并防止它们加速到湍流漩涡中。这种效果只是如此深;研究人员发现了50到300米，发现海洋的咸，密集层采取行动，使水免受摩擦效应，允许漩涡全年旋转。

结果突出了涡流活动，北极冰和海洋分层之间的新联系，现在可以考虑到气候模型，以产生更准确的气候变化北极进化的预测。

“随着北极的热身，漩涡的这种耗散机制，即冰的存在会消失，因为冰不会在夏天就在那里，在冬天将更加手机，”海洋学教授John Marshall说在麻省理工学院。“所以我们预期的是进入未来的是一个北极，这更加蓬勃地不稳定，这对北极系统的大规模动态有影响。”

Marshall的共同作者在本文中包括MIT系列，大气和行星科学家的研究科学家，以及Camille Lique，Pal Erik Isachsen，Edward Doddridge，Jean-Michel Campin，Healther Regan和Claude Talandier，以及Claude Talandier的Camille Lique的研究科学家。

此图像显示北冰洋模拟的eddies的活动。左侧面板显示海洋表面的涡流活动的季节性变化，与右侧面板相比，涡流行为不受季节的影响，并且在海洋的更深层次的水平上保持不变。

对于他们的学习，研究人员组装了由树林孔海洋学机构提供的北极海洋活动的数据。从2003年至2018之间收集数据，来自传感器，测量在整个水柱的不同深度处的水速度。

该团队平均数据以生产时间序列，以产生深度的北极海洋速度的典型年。从这些观察结果来看，出现了明确的季节性趋势：在夏季的冰盖中，他们看到海洋各深处的高速度和更多涡流活动。在冬天，随着冰的增长和增加厚度，浅水落地停止，漩涡消失了，而较深的水域继续表现出高速活动。

“在大多数海洋中，这些eddies一直延伸到地面，”马歇尔说。“但在北极冬天，我们发现eddies有点像在表面下面生活，如潜艇在深度挂出来，他们不会一直到达表面。”

为了了解涡流活动中这种好奇的季节变化可能导致令人叹息的季节变化，研究人员进行了“曲金稳定性分析”。该模型使用描述海洋物理物理的一组方程，并确定如何在海洋中的气氛和漩涡中的天气系统，在给定条件下发展。

冰冷的摩擦

研究人员将各种条件堵塞到模型中，对于每个条件，它们引入了与来自表面风或通过船只的涟漪相似的小扰动，在各种海景中。然后，他们向前运行模型，看看扰动是否会变成更大，更快的eddies。

研究人员发现，当它们堵塞海冰的摩擦效应和分层的效果时，如在北极水域的不同密度层，模型产生了与研究人员在实际观察中最初看到的内容的水速度。也就是说，他们看到没有冰摩擦，漩涡在所有海洋深度都自由形成。随着摩擦力和冰厚度的增加，水的速度和漩涡在海洋前50米中消失了。在这个边界下方，水的密度，即其分层，急剧变化，漩涡继续旋转。

当他们插入其他初始条件时，例如诸如真实北冰洋代表的分层时，模型的结果与观察结果较弱。

“我们是第一个提出了对我们所看到的简单解释的简单解释，这就是冰地区仍然活跃，并且表面漩涡，一旦冰即将到来，由于摩擦效应而被摩擦，”马歇尔解释道。

既然他们已经证实了冰摩擦和分层对北极漩涡有影响，研究人员推测这种关系对未来几十年来塑造北极的巨大影响。还有其他研究表明，夏季北极冰，已经在年度越来越快，在2050年将完全消失。冰块较少，水域将自由地旋转到漩涡，在表面和深度。夏季涡流活动增加可能会从世界其他地区带来热量，进一步加热北极。

与此同时，冬季北极将是可预见的未来覆盖的冰，Notes Meneghello。在整个年度，温暖的北极是否会导致更多的洋水湍流，或者在季节的较强的变化中取决于海冰的实力。

无论如何，如果我们进入一个在夏天没有冰的世界和冬季冰较弱的世界，涡流活动将增加，“Meneghello说。“这对水中的东西具有重要意义，如示踪剂和营养和热量，以及对冰本身的反馈。”

参考：“由季节性冰盖的内部北极海洋中的成因和腐烂的m osc曲思伊迪海洋”由Gianluca Meneghello，John Marshall，Camille Lique，PålikIrik·伊斯纳森，爱德华Doddridge，Jean-Michel Campin，Heather Regan和Claude Talandier，192020年12月15日，物理海洋学杂志。
10.1175 / JPO-D-20-0054.1

这项研究部分得到了美国国家科学基金会的支持。