Wind Damping of Internal Tides in the Global Ocean
本研究表明，风强迫对全球内潮具有系统性的阻尼作用，导致了15 GW的净能量损失，并占其总能量汇的约4%，因此有必要在内潮能量收支中纳入风做功。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
海洋是一个巨大的、翻腾的引擎，驱动着地球的气候，将热量从赤道向两极输送，并循环着维持生命的养分。为了保持这一引擎的运转，海水必须不断混合，将温暖的表层水与寒冷的深层水进行混合。这种混合主要由内潮（internal tides）驱动，内潮是沿着水下传播的波浪，是由海底规律性的升降挤压上方海水而产生的。随着这些波浪在全球范围内移动，它们最终会破碎并将能量转化为湍流，就像海边的浪花拍打在沙滩上一样。科学家们早已知晓，海底地形在内潮能量损失的位置和方式方面起着重要作用。然而，一个关键的拼图碎片一直隐藏着：风的作用。虽然人们通常认为风是一种推动海洋并为其增加能量的力量，但新的研究表明，在这些内波特定的尺度上，风的作用却截然不同，它在悄无声息地消耗能量。
由厦门大学的刘志宇和刘玉逊领导的研究小组现在将这一隐藏的过程带入了公众视野。通过将高度详细的全球海洋计算机模拟与来自卫星和漂流浮标的现实世界观测相结合，他们发现风在全地球范围内系统性地抑制了（或减缓了）内潮。这一发现挑战了普遍观点，即认为海底是潮汐能量的主要汇点。相反，这项研究表明，上方的空气正积极参与到海洋的能量收支中，扮演着一个刹车器的角色，从内波系统中移走大量的能量。
研究人员首先运行了一个复杂的全球海洋模拟，该模拟非常精细，足以解析出这些内波复杂的微观运动。他们计算了风对这些潮汐相关的表面流所做的功。在物理学中，“功”描述了力如何将能量传递给物体。如果风向与电流方向一致，它会增加能量；如果风向与电流相反，它则会移除能量。研究小组发现，在全球范围内，风几乎总是移除能量。这是因为风应力取决于风速相对于水流的速度。当内潮逆风流动时，相对速度更高，从而产生更强的阻力，这比潮汐顺风流动时风所增加的能量更多。在一个完整的潮汐周期内，这种不平衡导致了波浪的净能量损失。
在他们的模拟中，研究小组计算出这种风阻效应从全球海洋中移走了大约 29.8 吉瓦的能量。为了确保这一结果不仅仅是计算机模型的产物，他们开发了一个更简单的数学框架，利用现实世界的数据来估算这一影响。这种方法仅需要平均风速、内潮速度以及它们方向的对齐程度。当他们将这种方法应用于卫星风速数据和来自数千个漂流浮标的测量值时，结果得到了验证。基于观测的估算显示，全球能量损失约为 15.4 吉瓦。虽然这个数字低于模拟值，但它证实了风阻效应是一种真实且广泛存在的现象，而非仅仅是理论上的可能性。
研究小组还绘制了这一效应最强烈的区域分布图。这种抑制作用在风力强劲且内潮能量充沛的区域最为剧烈，例如南海的吕宋海峡、阿留申海岭以及墨西哥湾流的下游。与集中在陡峭海底山脉附近的狭窄地带的底栖耗散不同，风阻效应广泛分布于开阔海洋。在全球尺度上，这种风驱动的能量损失约占内潮总能量汇的 2%。然而，这一平均值掩盖了其在局部的重要性。在特定的中纬度地区，风阻效应可能占到内潮损失能量的 10%，这一贡献大到无法被忽视。
这一发现将我们对海洋能量收支的理解扩展到了海水本身之外。它表明大气与海洋之间的联系比此前认为的更加复杂，风扮演着内波的一个持续性的、全球性的刹车。尽管移除能量的确切量取决于我们如何测量潮汐速度以及大气与海洋如何相互作用，但效应的方向是明确的：风始终在消耗这些波浪的能量。这一过程有助于解释潮汐能量是如何转移到较小尺度，并最终驱动维持全球海洋循环的混合作用。通过确定风阻效应是一个关键参与者，研究人员填补了关于地球气候系统运作方式知识中的一个关键空白，揭示了即使是波浪之上的空气，也在其隐秘的洋流中发挥着至关重要的作用。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。