Międzynarodowy zespół, kierowany przez dr Marc Buckley z Instytutu Dynamiki Oceanu Coastal, osiągnął przełom w obrazowaniu powierzchni oceanu o wysokiej rozdzielczości. Korzystając z specjalnie opracowanego systemu pomiaru laserowego na pokładzie platformy badawczej (platforma pływającego instrumentu) na Oceanie Spokojnym, byli w stanie uchwycić obrazy przepływu powietrza o wysokiej rozdzielczości zaledwie kilka milimetrów do jednego metra nad powierzchnią oceanu. Zidentyfikowali dwa mechanizmy sprzężenia fali wiatrowej, które występują jednocześnie, ale działają inaczej.
Krótkie fale o długości około jednego metra poruszają się wolniej niż wiatr. Powoduje to rozdzielenie przepływu powietrza: grzebień fali blokuje wiatr, tworząc różnicę ciśnienia, która przenosi energię na falę. Z drugiej strony długie fale – do 100 metrów długości – poruszają się szybciej niż wiatr i generują różne wzory przepływu powietrza poprzez ich ruch. Mechanizmy te działają jednocześnie w różnych częściach pola falowego – kluczowy wgląd w rozwijające się modele atmosferyczne i oceaniczne.
Znaczenie dla pogody, klimatu i biochemii morskiej
Interakcje między wiatrem a falami są centralnym elementem systemów klimatu i pogodowych Ziemi. Chociaż w dużej mierze przyjmuje się, że te złożone interakcje kontrolują wymianę energii, ciepła i gazów cieplarnianych między atmosferą a oceanem – wpływającym na stan morza, pogodę i prądy, mechanizmy pozostają do dziś w dużej mierze nieznane. Zespół badawczy planuje dalsze rozwój systemu, aby z większą precyzją przechwytuje również ruchy poniżej powierzchni wody.
„Do tej pory nikt nie mierzył przepływu powietrza tak blisko powierzchni oceanu, nie mówiąc już o zmapowaniu mechanizmów wymiany energii na tak cienką skalę” – mówi główny autor Buckley. „Nasze obserwacje rzucają światło na fizyczną granicę. Umożliwi nam to rozwinięcie ram teoretycznych i opracowanie dokładniejszych opisów procesów wymiany powietrza, które do tej pory były tylko częściowo zrozumiane”.
Unikalne obrazowanie nad otwartym oceanem
Zdjęcia oparte są na laserze, który przechodzi zarówno przez powietrze, jak i wodę: zielona wiązka uderza w krople wody wprowadzone w powietrze – podobne do mgły oświetlonej światłem słonecznym. Krople te podążają za ruchem przepływu powietrza, rozpraszają światło laserowe i dokonują widocznych nawet najmniejszych ruchów w powietrzu. W tym samym czasie laser wnika na powierzchnię wody. Na powierzchni napędzanej wiatrem światło jest załamane-odsłaniając strukturę powierzchni wody. Ta kombinacja pozwala na wizualizację zarówno stron powietrza, jak i wody. Metoda oparta jest na Velocimetrii obrazu cząstek (PIV), ustalonej techniki dynamiki płynów. PIV dostarcza precyzyjnych informacji o strukturze przepływu i prędkości wiatru. Oznacza to, że po raz pierwszy technika była stosowana nad otwartym oceanem.
Najnowocześniejsze badania dla zmieniającego się świata
Helmholtz-Zentrum badań naukowych, ma na celu zachowanie świata warty życia. W tym celu około 1000 pracowników generuje wiedzę i badanie nowych technologii dla większej odporności i zrównoważonego rozwoju-na korzyść klimatu, wybrzeża i ludzi. Ścieżka od pomysłu do innowacji prowadzi przez ciągłą grupę badań eksperymentalnych, modelowaniem i sztucznej inteligencji do cyfrowych bliźniaków, które mapują różnorodne parametry klimatu i biologii wybrzeża lub ludzkiej na komputerze. Jest to interdyscyplinarne podejście, które wynika z podstawowego zrozumienia naukowego złożonych systemów po scenariusze i praktyczne zastosowania. Jako aktywny członek krajowych i międzynarodowych sieci badawczych oraz Stowarzyszenia Helmholtza, Hereon wspiera politykę, biznes i społeczeństwo w kształtowaniu zrównoważonej przyszłości poprzez przeniesienie uzyskanej wiedzy specjalistycznej.