Oceaan stromingen, voortgestuwd door kinetische energie van de wind, zijn de grote moderatoren van ons klimaat. Door warmte van de evenaar naar de poolgebieden te transporteren, ze helpen onze planeet bewoonbaar te maken.

En toch, de grootschalige modellen die door wetenschappers worden gebruikt om dit complexe systeem te bestuderen, houden geen nauwkeurig rekening met de impact van wind op de meest energetische componenten van de oceaan:werveling, mesoschaal wervelingen. Deze cirkelvormige waterstromen van 50 tot 500 kilometer groot zijn van cruciaal belang voor het bepalen van het traject van grotere oceaanstromingen zoals de Golfstroom.

In een paper in wetenschappelijke vooruitgang , onderzoekers van de Universiteit van Rochester en Los Alamos National Laboratory documenteren voor het eerst hoe de wind, die grotere stromen voortstuwt, heeft het tegenovergestelde effect op wervelingen van minder dan 260 kilometer groot, wat resulteert in een fenomeen dat 'eddy-moord' wordt genoemd.

Ze bieden ook de eerste directe meting van de algehele impact van deze wervelstorm:een continu verlies van 50 gigawatt aan kinetische energie - equivalent aan de ontploffing van een Hiroshima-kernbom elke 20 minuten, hele jaar.

Betere analyse met satellietwaarnemingen

"Voor het eerst zijn we in staat om wervelstormen te ontrafelen door directe metingen van satellietwaarnemingen, met minimale aannames, " zegt corresponderend auteur Hussein Aluie, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan Rochester.

Het team, dat ook Shikhar Rai omvat, een doctoraat student in Aluie's Turbulence and Complex Flow Group, en Los Alamos National Laboratory-wetenschappers Matthew Hecht en Matthew Maltrud - pasten een grofkorrelige benadering toe op satellietbeelden. Hierdoor konden ze het complex scheiden, multischaalstructuren van oceaanstromingen en wervelingen die in elkaar zijn ingebed.

Deze methode geeft een meer gedetailleerde ruimtelijke analyse dan mogelijk is met degene die door de meeste oceanografen wordt gebruikt, die zich concentreren op temporele fluctuaties, zegt Alui. Die methoden houden ofwel geen rekening met de impact van werveldoding of bieden enorm variërende schattingen. "De cijfers zijn overal geweest, ' zegt Alui.

Aluie prees Rai, een vijfdejaars Ph.D. student, voor het doen van "al het zware werk" voor de krant. "Er waren veel technische problemen, maar hij zette door en was in staat om ze uit te zoeken, "zegt Aluie. "Hij heeft veel belofte en talent."

Nieuwe methode zou het tij kunnen keren voor onderzoek naar oceaanstromingen

Wetenschappers weten al sinds het einde van de jaren tachtig van eddy-moorden op basis van geïdealiseerde modellen, zegt Alui.

Het basisconcept is vrij eenvoudig te visualiseren. Een eddy is als een cirkel die met de klok mee of tegen de klok in draait. Elke wind die over de werveling stroomt, echter, zal maar in één richting bewegen, het "helpen" van de helft van de cirkel die ten minste gedeeltelijk in dezelfde richting beweegt, terwijl de andere helft wordt belemmerd.

Stel je voor dat je op een fiets naast een auto rijdt die in dezelfde richting gaat - net zoals de wind die over het deel van de wervelstroom stroomt die in dezelfde richting beweegt. Het snelheidsverschil is verhoudingsgewijs veel kleiner dan wanneer je langs een in tegengestelde richting rijdende auto fietst, net als de wind die tegen de andere kant van de werveling duwt. Dat verschil in proportionele snelheid verklaart het netto "dodende" effect op de wervel, waardoor de wind energie onttrekt.

"Aan de ene kant laat de wind de oceaan bewegen, en toch doodt het het deel ervan dat het meest energiek is. Dus, het is contra-intuïtief en iets dat niet eerder direct gemeten was omdat mensen de verkeerde tools gebruikten, ' zegt Alui.

Een beter hulpmiddel is belangrijk omdat er nog veel vragen zijn over andere factoren die werveldoding kunnen beïnvloeden, en over het belang van wervelingen in andere aspecten van de oceaanstromingen, hittegolf, zoutconcentraties, en opwelling van nutriënten en mariene organismen, hij zegt.

De methode die in dit artikel wordt gedemonstreerd, zal hopelijk door oceanografen worden aangepast om deze mysteries ook te "ontrafelen", zegt Alui.