大洋环流驱动机制研究取得重要进展 日期:2006-12-11

中国海洋大学王伟教授,在国家自然科学基金项目风浪成长及演变规律研究水平温差驱动环流的实验研究的资助下,近年来在大洋环流驱动机制研究领域取得多项原创性进展,得到国际权威人士的高度评价。

  在大洋环流研究领域,有一个争论了近一个世纪的话题——海洋是否为热机。换句话讲,争论焦点就归结为沿子午方向分布的海面温度能否驱动一个贯穿整个深度、稳定的子午环流。该问题不仅一直是物理海洋学研究的难点问题,也是目前的热点问题之一,涉及环流与人类赖以生存的地球气候变迁。

  王伟教授就此问题在中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室进行了严格的实验研究。利用先进测流设备粒子成像速度仪系统,对水平温差驱动的环流进行了精确测量,发现非贯穿型环流是水平热强迫下一种最稳定的环流,并且是一种能量最小状态。而贯穿型环流没有稳态解,取而代之的是一种振荡结构。不管环流的类型如何,其流场都是由弱湍流控制的自组织结构,并在目前的实验条件下均符合相同演变规律。将其应用到目前的海面热强迫下,这种水平温差所导致的热能向机械能的转化率大概只有1.5GW,不足以驱动目前观测到的大洋子午环流。因此目前海洋的运动状态不是一个热机,大洋环流应该是由外界输入到海洋中的机械能驱动的。

在此基础上王伟教授与美国Woods Hole海洋研究所黄瑞新教授一起提出海洋能量平衡的新框架,给出了多种能量源和汇的全球分布及年代际变化规律,从理论上证明在风浪的搅拌下海面热强迫成为驱动大洋热盐环流最重要的能量来源,把小尺度海浪研究同大尺度环流研究有机地连接在一起,明确了海浪在大尺度研究中的重要作用,为大洋环流研究和海浪研究开辟了新的方向。

  关于水平温差驱动环流的实验研究成果于2005年在流体力学顶尖刊物Journal of Fluid Mechanics上发表。审稿人一致认为该项研究由于采用了目前为止能够做到的最好的绝热手段而且应用了最精确的流场测量技术,因此其结果是同类研究中最为精确和可信的。著名物理海洋学家、美国科学院院士、世界大洋环流实验计划首席科学家、麻省理工学院Carl Wunsch教授认为该项研究成果是物理海洋研究领域2005年度最值得关注的论文,并在Nature上对此文作了专门评述。

  有关海洋能量平衡方面的研究成果分别发表在Journal of Physical OceanographyDeep Sea Research II上并被广泛引用。其中有关海面风场输入到海浪和Ekman流中能量的两篇文章被美国气象学会通报作为该研究领域的重要进展进行了专题报道。

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