海洋科普︱关于海洋科学有哪些有趣的研究和结论?

2016年11月17日 浏览:


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尺度

空间上,海洋的水平尺度(几千公里)与垂直尺度(几千米)的比值约是1000:1。拿起一张A4纸,像下图一样略微弯曲,你就获得了一个大概的三维海洋的尺度模型。

优心慧秀广9943软b3990d68科升元件技学东途f7b4司限公费径有4a8f网- 这说明了什么?说明在大多数开放大洋,垂向的流速相对于水平流速,都是可以忽略的。而这也是为什么,只要达到1×10-5 m/s的垂直流速,就可以被称为上升流。当然这是纯粹从流速的角度来说;实际上,上升流对海洋表层的热量平衡、营养盐输运等都有重要的作用。

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永恒运动的海洋

有回答提到了永恒运动的海洋:

“NASA的一个实验室做了一件很有意思的事,通过建立ECCO2模型模拟了各个深度的洋流,做成了一个动画,洋流并不仅仅是以直线或曲线模式运动,而是形成漩涡成为复杂的螺旋形状,看起来就有点像梵高的作品。”(来自知乎用户 @泸屿森丘

第一次看到这个(NASA 永恒的海洋 Perpetual Ocean)视频的时候,很震撼于海洋中无止境的运动。

(视频地址:http://v.youku.com/v_show/id_XMzczNTYzNjA0.html)

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是不是有点像梵高的星空?

然而,海洋里面还有比图中的运动更小尺度的过程,也是现在物理海洋研究的前沿领域:亚中尺度(<10千米尺度)过程:

注意下比例,就可以发现框中的运动尺度远小于上图视频中的运动。

不同尺度的过程还会互相作用,产生不同的响应。比如亚中尺度过程,往往就具有强垂向流速、强水平混合的特征,会影响更大尺度上的能量传递和物质输运。

再比较平常看到的洋流图:

真实海洋远比我们所知道的、我们所了解的来得复杂得多。

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温盐流和气候

海洋在气候变化中起的是怎样的作用呢?海洋承载了地球系统中,90%的热量。而水是自然界中比热容最大的化合物,海洋能够吸收大量热量而不引起很大的温度变化。因此是地球气候的大中央空调,能制冷也能制暖。

而海洋对气候最重要的作用,就是通过洋流 [就像海洋中的一条条河流。当然海洋的量级更大,所有河流的流量的总和,只是“黑潮”(一条比较大的暖流)的1/20] 调节气候。

整个地球行星尺度的洋流循环,是“温盐环流(Thermohaline Circulation)”,或者称为“大洋传送带(the conveyer belt)”。也就是电影《后天》气候变异的直接因素。

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温盐环流示意图。红色表示表层流,蓝色表示底层流。

整个周期,达到了千年尺度。也就是说,从北大西洋下沉的水,需要数千年才能到达北印度洋和北太平洋,重新与大气接触(千年等一回,我无悔啊啊啊~~)。

这么慢的流速,实际上是观测不到的。那如何得知其存在?

事实上,最早也不是物理海洋学家,而是由海洋化学家Wallace Broecker在1987年通过同位素衰变的证据发现的。通过测定水团离开大气的年龄,推算深层水团的运动。