海洋湍流熱通量研究突破新海洋探測(cè)技術(shù)建功

2020-04-26 10:23:21來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：湍流閱讀量：3659

導(dǎo)讀：為了解決直接觀測(cè)海洋熱通量在傳感器精度、靈敏度等方面的限制，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所的研究團(tuán)隊(duì)在之前研發(fā)的海洋探測(cè)快速溫度傳感器的基礎(chǔ)上，結(jié)合聲學(xué)多普勒三維點(diǎn)式流速測(cè)量?jī)x(ADV)，自主研制出海洋熱通量?jī)x，可以同點(diǎn)觀測(cè)湍流的熱通量、動(dòng)量通量、端動(dòng)能耗散率和熱耗散率，而且可以工作在1-5000米水下。

　　【儀器網(wǎng) 時(shí)事聚焦】地球氣候系統(tǒng)的能量幾乎全都來(lái)自于太陽(yáng)輻射，太陽(yáng)輻射以熱量的形式影響著氣候的變化。海水覆蓋了大約70%的面積且具有較高的比熱容，能儲(chǔ)存大量的熱量，并與大氣進(jìn)行復(fù)雜的熱量交換，從而對(duì)地球氣候產(chǎn)生關(guān)鍵性的影響。

　　海洋與大氣熱量交換的通道是海-氣界面。目前，觀測(cè)海-氣界面中大氣邊界層的技術(shù)已經(jīng)很成熟。然而由于觀測(cè)技術(shù)和手段的限制，研究者仍然不清楚海洋上邊界層熱量的輸送方式。海洋的熱量傳輸主要通過(guò)海水湍流完成，而此前已經(jīng)有研究指出，小尺度的海水湍流由于具有極強(qiáng)的在垂直方向上傳輸熱量的能力，對(duì)海水表明溫度以及海-氣熱交換有著至關(guān)重要的影響。因此對(duì)海水湍流微結(jié)構(gòu)的熱通量觀測(cè)就成為海洋上邊界層熱量輸送研究的關(guān)鍵。

　　為了解決直接觀測(cè)海洋熱通量在傳感器精度、靈敏度等方面的限制，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所的研究團(tuán)隊(duì)在之前研發(fā)的海洋探測(cè)快速溫度傳感器的基礎(chǔ)上，結(jié)合聲學(xué)多普勒三維點(diǎn)式流速測(cè)量?jī)x(ADV)，自主研制出海洋熱通量?jī)x，可以同點(diǎn)觀測(cè)湍流的熱通量、動(dòng)量通量、端動(dòng)能耗散率和熱耗散率，而且可以工作在1-5000米水下。

　　其中ADV用以測(cè)量海洋中湍流場(chǎng)的三維流速，海洋探測(cè)快速溫度傳感器用以測(cè)量海洋湍流場(chǎng)的溫度，兩者結(jié)合可以同時(shí)、同點(diǎn)測(cè)量海洋湍流場(chǎng)中速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)。然后通過(guò)ADV姿態(tài)數(shù)據(jù)校正流速數(shù)據(jù)，基于垂直方向速度脈動(dòng)和溫度脈動(dòng)的協(xié)方差測(cè)量海洋垂直方向湍流熱通量的方法，實(shí)現(xiàn)了海表以下湍流熱通量的測(cè)量。

　　研究團(tuán)隊(duì)利用海洋熱通量?jī)x對(duì)三亞近海岸和南海北部的海水湍流進(jìn)行了觀測(cè)，首次測(cè)得水下熱通量，并且根據(jù)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)分析了風(fēng)浪區(qū)海洋湍流渦旋對(duì)熱通量輸運(yùn)的作用。此外還確定湍流熱通量和動(dòng)量通量與半日潮和日潮密切相關(guān)，前者在低潮期達(dá)到，而后者在退潮期達(dá)到，從而表明了潮汐與垂向湍流通量的聯(lián)系。

　　除了觀測(cè)海水湍流的熱通量，研究者還表示，海洋熱通量?jī)x可以運(yùn)用于深海熱液區(qū)的熱通量觀測(cè)。深海熱液區(qū)有著豐富的海洋生物資源和礦產(chǎn)資源，這些資源全都依賴于海底熱液的噴發(fā)。目前還沒(méi)有成熟技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)深海熱液區(qū)的熱通量測(cè)量，但海洋熱通量?jī)x進(jìn)過(guò)改進(jìn)和完善后，有希望可以成為這一問(wèn)題的解決方案。

　　海洋熱通量?jī)x的研制讓海水熱通量的監(jiān)測(cè)得以實(shí)現(xiàn)，研究者可以借此定量研究海洋吸收的大氣與太陽(yáng)輻射的熱量以及海洋反饋給大氣的熱量，從而更深入地了解氣候變化的模式，建立更符合實(shí)際的氣候模型，提高海洋預(yù)報(bào)能力，推動(dòng)氣候研究的發(fā)展。

　　海洋湍流微結(jié)構(gòu)觀測(cè)近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注，歐美國(guó)家與日本在湍流微結(jié)構(gòu)剖面儀的研究上已經(jīng)取得了一系列進(jìn)展且形成了系列產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)對(duì)海洋湍流微結(jié)構(gòu)剖面儀的研究剛剛起步，海洋熱通量?jī)x的成功研制也是我國(guó)在海洋湍流研究?jī)x器上的一大進(jìn)步，不僅完成了定點(diǎn)海洋湍流混合觀測(cè)，還率先實(shí)現(xiàn)水下熱通量測(cè)量，讓我國(guó)在海洋湍流研究方面取得。隨著海洋熱通量?jī)x的改進(jìn)，我國(guó)將在海洋熱通量研究領(lǐng)域取得更大的成果。

　　資料來(lái)源：今日科學(xué)

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