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  • 该可视化示出了墨西哥湾流的海面电流和和温度。

    该可视化示出了墨西哥湾流的海面电流和和温度。

    图像:MIT题为估计海洋的环流和气候/ JPL项目,第二阶段(ecco2)

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盯着漩涡

该可视化示出了墨西哥湾流的海面电流和和温度。

bt365手机app的研究人员描述了如何管理海洋和大气地球和其他行星体走动热的因素。


记者联系

劳伦·辛克尔
电子邮件: hinkell@mit.edu
海洋@ MIT

想象冷的一个巨大的杯,热咖啡奶油密集浇在上面。现在把它放在一个旋转台上。随着时间的推移,该液体会慢慢互相混合,并从咖啡的热量将最终到达杯子的底部。但我们大多数人心急喝咖啡的人都知道,搅拌层结合在一起是为了散发热量和享受,这不是灼热或冰冷的饮料更有效的方式。关键是漩涡,或涡流,使得形成在湍流液体。

“如果你只是等着看分子扩散是否做到了,它会永远需要你会不会把你的咖啡和牛奶一起,说:”拉斐尔法拉利,塞西尔和海洋学的bt365手机app的部门的地球,大气与行星IDA格林教授科学(EAPS)。

这个比喻有助于解释在复杂气候系统在地球上一个新的理论 - 与气氛和/或其他海洋行星旋转 - 在最近的概述 PNAS 法拉利和BASILE Gallet品牌,一个EAPS来访的服务去体质DE L'政变凝结,CEA法国萨克莱研究员。

而相对太阳剥夺极冷,气温介于两者之间的梯度,它可能看起来直观的是地球的太阳烤赤道是热的。然而,相较于它,否则可能是因为地球系统中实际传输热量全球各地的较冷的区域,缓和极端的方式,温度梯度的实际跨度比较小。

否则,“你必须在赤道酷热难耐的温度和[温带纬度]将被冻结,”法拉利说。 “所以,事实证明这个星球适合居住,因为我们知道,有从赤道向两极热运做。”

然而,尽管全球热通量维持地球气候当代的重要性,是推动这一进程的机制尚不完全清楚。这就是法拉利和加莱最近的工作进来:他们的研究,勾画出的物理支撑这种海洋和大气旋涡中重新分配热量在全球体系中发挥的作用的数学描述。

法拉利和加莱的工作建立在另一个bt365手机app教授,​​已故气象学家诺曼·菲利普斯,谁,在1956年,提出了一套公式中,“菲利普斯模型,”来形容全球热传输。 Phillips的模型代表atmopshere和海洋作为彼此的顶部上的不同密度的两个层。而这些方程捕捉湍流的发展和预测的相对准确地温的分布,他们还是很复杂的,需要用电脑来解决。从法拉利和加莱新理论提供到方程的解析解,定量预测本地热通量,能量供电的涡流,以及大规模的流动特性。和他们的理论框架是可扩展的,这意味着它适用于漩涡,这是大海更小,更密集,以及在更大的气氛旋风。

设置在运动的过程

在你的咖啡杯旋涡背后的物理不同于本质上的差别。像大气和海洋流体介质是通过在温度和密度的变化来表征。旋转的地球上,这些变化加速强电流,而摩擦 - 在海洋和大气的底部 - 慢下来。这种拉锯战导致的大规模电流流动的不稳定性,并产生不规则的乱流,我们体验为不断变化的天气在大气中。

旋涡 - 空气或水的封闭循环流动 - 出生这种不稳定的。在大气中,他们是所谓的气旋和反气旋(天气模式);在海洋中它们被称为涡流。在这两种情况下,他们是短暂的,有序的结构,有点不正常新兴和消散随着时间的推移。因为它们旋转底层湍流时,他们也通过摩擦阻碍,导致其最终耗散,这完成的热量从赤道转移(的热咖啡的顶部)到两极(奶油的底部) 。

缩小到更大的画面

而地球系统比两层要复杂得多,在分析菲利普斯的简化模型的热传输,有助于科学家解决了基础物理学在作怪。法拉利和加莱发现热传输由于旋涡,虽然定向混乱,最终将热量转移到两极比更流畅的流动将系统快。根据法拉利,“涡流做移动热,而不是杂乱无章运动(湍流)的狗的工作”。

这将是不可能的数学解释每一个涡特征形式和消失,因此研究人员制定的简化计算,以确定基于纬度(温度梯度)和摩擦参数的涡流行为的总体影响。另外,他们认为每个涡流中气体流体单个颗粒。当他们将他们的计算到现有的模型中,将得到的模拟相当准确地预测大地的实际温度状况,并揭示,形成和在气候系统的涡流的作用是很大的比预期的摩擦阻力更敏感。

法拉利强调,所有造型的努力需要简化和不自然系统的完美作品 - 在这种情况下,与大气和表示为简单的两层系统海洋和地球的球形不占。即使有这些缺点,加莱和法拉利的理论已经得到其他海洋学家的注意。

“自1956年以来,气象和海洋都试过了,并且失败了,明白这菲利普斯模型,说:”比尔·扬,在海洋学,“纸张的斯克里普斯海洋研究所物理海洋学教授通过Gallet品牌和法拉利是如何在第一次成功演绎预测热在Phillips模式与温度梯度变化通量“。

法拉利说,回答的热传输功能将如何让科学家们更普遍地了解地球气候系统的基本问题。例如,在地球深过去,有些时候我们的星球是温暖得多,当鳄鱼游泳在伸向了加拿大北极和棕榈树,也时候它是冷得多和中纬度地区被冰雪覆盖。 “显然传热可以在不同的气候条件改变,所以你想成为能够预测它,”他说。 “这是对人很长一段时间的思想理论问题。”

随着全球平均气温在过去的100年超过摄氏1度增加,是速度远远超过,在未来的世纪,需要了解 - 和预测 - 地球气候系统变成社区,政府的关键,和行业适应当前不断变化的环境。

“我觉得非常有益的湍流这样的问题,及时向申请基本面,”加莱说,“从长远来看,这种基于物理的方法将是关键,以减少气候模型的不确定性。”

气象巨头如诺曼·菲利普斯,巨乐查尼,和彼得石,谁在bt365手机app开发的开创性气候理论的后尘,这工作太坚持从爱因斯坦告诫:“出杂乱的,找到简单。”


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