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海洋湍流热通量研究突破 新海洋探测技术建功
2020年05月06日 08:40:25
来源：仪器网 点击量：4218
海洋的热量传输主要通过海水湍流完成，而此前已经有研究指出，小尺度的海水湍流由于具有极强的在垂直方向上传输热量的能力，对海水表明温度以及海-气热交换有着至关重要的影响。
【化工仪器网 行业动态】地球气候系统的能量几乎全都来自于太阳辐射，太阳辐射以热量的形式影响着气候的变化。海水覆盖了大约70%的面积且具有较高的比热容，能储存大量的热量，并与大气进行复杂的热量交换，从而对地球气候产生关键性的影响。
海洋与大气热量交换的通道是海-气界面。目前，观测海-气界面中大气边界层的技术已经很成熟。然而由于观测技术和手段的限制，研究者仍然不清楚海洋上边界层热量的输送方式。海洋的热量传输主要通过海水湍流完成，而此前已经有研究指出，小尺度的海水湍流由于具有极强的在垂直方向上传输热量的能力，对海水表明温度以及海-气热交换有着至关重要的影响。因此对海水湍流微结构的热通量观测就成为海洋上边界层热量输送研究的关键。
为了解决直接观测海洋热通量在传感器精度、灵敏度等方面的限制，中国科学院南海海洋研究所的研究团队在之前研发的海洋探测快速温度传感器的基础上，结合声学多普勒三维点式流速测量仪(ADV)，自主研制出海洋热通量仪，可以同点观测湍流的热通量、动量通量、端动能耗散率和热耗散率，而且可以工作在1-5000米水下。
其中ADV用以测量海洋中湍流场的三维流速，海洋探测快速温度传感器用以测量海洋湍流场的温度，两者结合可以同时、同点测量海洋湍流场中速度场与温度场。然后通过ADV姿态数据校正流速数据，基于垂直方向速度脉动和温度脉动的协方差测量海洋垂直方向湍流热通量的方法，实现了海表以下湍流热通量的测量。
研究团队利用海洋热通量仪对三亚近海岸和南海北部的海水湍流进行了观测，首次测得水下热通量，并且根据观测得到的数据分析了风浪区海洋湍流涡旋对热通量输运的作用。此外还确定湍流热通量和动量通量与半日潮和日潮密切相关，前者在低潮期达到，而后者在退潮期达到，从而表明了潮汐与垂向湍流通量的联系。
除了观测海水湍流的热通量，研究者还表示，海洋热通量仪可以运用于深海热液区的热通量观测。深海热液区有着丰富的海洋生物资源和矿产资源，这些资源全都依赖于海底热液的喷发。目前还没有成熟技术方案来实现深海热液区的热通量测量，但海洋热通量仪进过改进和完善后，有希望可以成为这一问题的解决方案。
海洋热通量仪的研制让海水热通量的监测得以实现，研究者可以借此定量研究海洋吸收的大气与太阳辐射的热量以及海洋反馈给大气的热量，从而更深入地了解气候变化的模式，建立更符合实际的气候模型，提高海洋预报能力，推动气候研究的发展。
海洋湍流微结构观测近年来越来越受到关注，欧美国家与日本在湍流微结构剖面仪的研究上已经取得了一系列进展且形成了系列产品。国内对海洋湍流微结构剖面仪的研究刚刚起步，海洋热通量仪的成功研制也是我国在海洋湍流研究仪器上的一大进步，不仅完成了定点海洋湍流混合观测，还率先实现水下热通量测量，让我国在海洋湍流研究方面取得。随着海洋热通量仪的改进，我国将在海洋热通量研究领域取得更大的成果。
资料来源：今日科学
编辑点评：得益于先进的科学技术，科研人员研发出了很多高精尖的仪器设备，并在解开和解决各类谜题上发挥了积极的作用。面对海洋湍流微结构的观测，研发人员就研制出了海洋热通量仪，这对于海洋的通量研究是一大进步，未来，相信在科学的帮助下，我们对于海洋的研究将会更为的深入。
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