Вихри возникают из-за того, что океанские течения, как правило, являются турбулентными, на которые влияет, например, топография дна океана, объясняет Айви Френджер, постдок группы профессора ETH Николаса Грубера из Института биогеохимии и динамики загрязняющих веществ. «Аналогом этому топографическому эффекту являются водовороты, которые возникают ниже по течению от скалы в ручье», — говорит Френгер. В океане водовороты могут переноситься крупномасштабными течениями на огромные расстояния, а также перемещаться независимо.
Точные спутниковые измеренияУченые ETH проанализировали подробные спутниковые данные, чтобы определить влияние этих водоворотов на вышележащую атмосферу. Их фокус — южное полушарие, где такие водовороты особенно часты. Они обнаружили водовороты на основе точных измерений топографии морской поверхности. «Вихри выглядят как неровности или провалы на поверхности моря, поскольку плотность воды внутри водоворотов отличается от плотности окружающей воды», — объясняет Френгер.
Ученые исследовали данные, собранные за почти десять лет, что позволило им извлечь информацию о более чем 600 000 переходных водоворотов. Они скомпилировали эти вихревые данные и сравнили их с соответствующими вышележащими данными о ветре, облаках и осадках, которые также были получены с помощью спутников.
Ученые обнаружили, что так называемые антициклонические (то есть они вращаются против часовой стрелки в южном полушарии) вихри вызывают в среднем локальное увеличение скорости приповерхностного ветра, облачности и вероятности дождя. Напротив, вращающиеся по часовой стрелке (так называемые циклонические) водовороты уменьшают скорость приземного ветра, облачность и осадки.
Повышенная вариативностьПоверхностная вода в антициклонических вихрях теплее, чем в их окружении, для циклонических вихрей — наоборот. Эти температурные различия в основном отражают происхождение водоворотов, то есть они происходят из более теплых или более прохладных вод относительно их текущего положения.
Френджер и его коллеги подсчитали, что скорость ветра увеличивается примерно на 5 процентов, облачность — на 3 процента, а вероятность дождя — на 8 процентов на каждый градус Цельсия, когда водоворот теплее окружающей его воды.Согласно Френжеру, количество теплых и холодных водоворотов одинаково в большей части океана, так что их противоположные сигналы в атмосфере имеют тенденцию нейтрализоваться, что, вероятно, приводит лишь к небольшому изменению в среднем. Однако океанические водовороты увеличивают изменчивость атмосферы и, следовательно, могут влиять на экстремальные явления.
Если над таким вихрем дует шторм, пики скорости ветра могут быть уменьшены или усилены в зависимости от направления вращения нижележащего вихря. Возможно, водовороты также могут влиять на интенсивность или течение такого шторма. «Важно знать изменчивость, вызываемую океанскими водоворотами, и учитывать ее в моделях погоды и климата», — заключает Френгер.
Кроме того, в областях, где преобладают теплые или холодные водовороты, они также могут иметь более масштабные эффекты.Показания к механизмуЭто исследование является первым систематическим изучением таких вихрей с точки зрения их воздействия не только на ветер и облака, но и на осадки.
Кроме того, ученые ETH вывели механизм этого явления на основе пространственной картины локальных изменений погоды над водоворотами. В литературе обсуждались две основные гипотезы: первая утверждает, что аномальные температуры морской поверхности в виде водоворотов вызывают изменение вышележащей температуры атмосферы, что, в свою очередь, приводит к изменениям приземного давления.
Это приводит к компенсирующему воздушному потоку, а точнее ветру. Если бы эта гипотеза была верна, можно было бы ожидать изменения скорости ветра на краю водоворотов.Однако данные, оцененные учеными ETH, показывают, что скорость ветра изменяется не на краю водоворотов, а, скорее, в центре.
Это указывает на доминирующий другой механизм, при котором аномальная температура поверхности океана изменяет в первую очередь уровень турбулентности в вышележащей атмосфере: чем теплее вихрь, тем сильнее возмущение в атмосфере над ним и тем выше высота, на которую вихрь влияет. нижняя часть атмосферы, которая впоследствии может сменить ветер, облака и дождь.В этом проекте ученые до сих пор изучали влияние океанских водоворотов на погоду, игнорируя возможность того, что возникающие в результате изменения в атмосфере влияют на океан, приводя к полностью связанной атмосферно-океанской системе в масштабе 100 километров и меньше.
В текущем исследовании ученые изучают этот эффект с помощью компьютерного моделирования.