Океанографы обычно рассчитывают крупномасштабную циркуляцию поверхности океана на основе спутниковой информации об уровне моря, используя концепцию, называемую «геострофия», которая описывает взаимосвязь между поверхностными потоками океана и градиентом уровня моря. И наоборот, исследователи полагаются на данные измерителей течений в воде для измерения движения в меньшем масштабе. Новое исследование, проведенное океанографом Гавайского университета в Маноа (UHM) Бо Цю, определило на основе данных наблюдений масштаб длины, при котором использование высоты уровня моря больше не обеспечивает надежный расчет циркуляции.
Процессы в верхних слоях океана рассеивают тепло, переносят питательные вещества и влияют на поглощение углекислого газа, что делает циркуляцию важнейшим фактором биологической активности в океане. Движение воды в океане определяется многими факторами, в том числе приливами; ветры; поверхностные волны; внутренние волны, те, что распространяются в слоях океана; и различия в температуре, солености или высоте уровня моря. Кроме того, подобно системам высокого и низкого давления, которые можно увидеть на телевизионных картах погоды, океан полон водоворотов, медленно вращающихся масс воды.
«Поскольку масштабы длины становятся меньше от нескольких сотен миль до нескольких десятков миль, мы обнаружили точку, в которой геострофический баланс становится недействительным - это означает, что уровень моря больше не используется для расчета циркуляции океана», - сказал Цю, профессор Школы океанологии и наук о Земле UHM (SOEST). «Это связано с наличием внутриокеанических волновых движений, которые существенно нарушают движение, вызванное геострофией."
Ученые используют уровень моря как средство для расчета циркуляции океана, потому что спутники ежедневно вращаются вокруг Земли, часто и точно получая данные об уровне моря. До этого исследования, опубликованного в Nature Communications, океанографы знали, что уровень моря можно использовать для получения общей картины циркуляции, но не очень мелких деталей. Однако конкретный уровень детализации, который может быть обеспечен с использованием этого подхода, не был известен до настоящего исследования.
Кроме того, в районах океана с постоянными или частыми водоворотами Цю и соавторы из Японского метеорологического агентства, Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения НАСА определили, что уровень моря можно надежно использовать для расчета циркуляции на довольно высоком уровне. разрешение, то есть в довольно малых масштабах длины (разрешение 10 миль). Однако в областях, где движение определяется внутренними волнами, спутниковый уровень моря можно использовать только для определения движения в очень большом масштабе (разрешение 125 миль).
«Этот аспект исследования стал для меня неожиданностью, - сказал Цю. «Я не ожидал, что точка перехода будет отличаться на порядок в западной части северной части Тихого океана».
В будущем Цю и его коллеги надеются разработать математический подход к созданию более подробных изображений циркуляции на основе уровня моря в большем количестве мест по всему Тихому океану.