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海洋湍流熱通量研究突破 新海洋探測技術(shù)建功
2020年05月06日 08:40:25
來源：儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4256
海洋的熱量傳輸主要通過海水湍流完成，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，對海水表明溫度以及海-氣熱交換有著至關(guān)重要的影響。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】地球氣候系統(tǒng)的能量幾乎全都來自于太陽輻射，太陽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，能儲存大量的熱量，并與大氣進(jìn)行復(fù)雜的熱量交換，從而對地球氣候產(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。因此對海水湍流微結(jié)構(gòu)的熱通量觀測就成為海洋上邊界層熱量輸送研究的關(guān)鍵。
為了解決直接觀測海洋熱通量在傳感器精度、靈敏度等方面的限制，中國科學(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)式流速測量儀(ADV)，自主研制出海洋熱通量儀，可以同點(diǎn)觀測湍流的熱通量、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用以測量海洋中湍流場的三維流速，海洋探測快速溫度傳感器用以測量海洋湍流場的溫度，兩者結(jié)合可以同時(shí)、同點(diǎn)測量海洋湍流場中速度場與溫度場。然后通過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量。
研究團(tuán)隊(duì)利用海洋熱通量儀對三亞近海岸和南海北部的海水湍流進(jìn)行了觀測，首次測得水下熱通量，并且根據(jù)觀測得到的數(shù)據(jù)分析了風(fēng)浪區(qū)海洋湍流渦旋對熱通量輸運(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。
除了觀測海水湍流的熱通量，研究者還表示，海洋熱通量儀可以運(yùn)用于深海熱液區(qū)的熱通量觀測。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)。目前還沒有成熟技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)深海熱液區(qū)的熱通量測量，但海洋熱通量儀進(jìn)過改進(jìn)和完善后，有希望可以成為這一問題的解決方案。
海洋熱通量儀的研制讓海水熱通量的監(jiān)測得以實(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)觀測近年來越來越受到關(guān)注，歐美國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。國內(nèi)對海洋湍流微結(jié)構(gòu)剖面儀的研究剛剛起步，海洋熱通量儀的成功研制也是我國在海洋湍流研究儀器上的一大進(jìn)步，不僅完成了定點(diǎn)海洋湍流混合觀測，還率先實(shí)現(xiàn)水下熱通量測量，讓我國在海洋湍流研究方面取得。隨著海洋熱通量儀的改進(jìn)，我國將在海洋熱通量研究領(lǐng)域取得更大的成果。
資料來源：今日科學(xué)
編輯點(diǎn)評：得益于先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，科研人員研發(fā)出了很多高精尖的儀器設(shè)備，并在解開和解決各類謎題上發(fā)揮了積極的作用。面對海洋湍流微結(jié)構(gòu)的觀測，研發(fā)人員就研制出了海洋熱通量儀，這對于海洋的通量研究是一大進(jìn)步，未來，相信在科學(xué)的幫助下，我們對于海洋的研究將會(huì)更為的深入。
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