Forskere avdekker stabilitetsmysteriet til havringer

Havet er en dynamisk gåte. Mennesker har forsøkt å forstå dens mange oppførsel siden det første havgående fartøyet traff det komplekse farvannet.

Et fenomen som har forbløffet forskere i årevis, er hvordan virvler av sirkulære strømmer som er flere kilometer brede, kjent som havringer eller virvler, forblir intakte. Havringer er kritisk viktige for å transportere varme og næringsstoffer gjennom havet og kan vare alt fra noen måneder til flere år.

Som beskrevet i siste utgave av tidsskriftet Geofysiske forskningsbrevser det ut til at Naval Postgraduate School (NPS) Institutt for oseanografi, doktorgradsstudent Larry Gulliver og professor Timour Radko har knekt koden på nøyaktig hva som får noen havringer til å vare opptil et tiår mens andre forsvinner i løpet av noen få måneder: havbunnen topografi.

Denne nye forståelsen av hvordan havbunnen påvirker overflatestrømmer vil forbedre komplekse, numeriske modeller som brukes av marinens meteorologi og oseanografi (METOC) fellesskap for å gi kritisk informasjon til operative befal.

“Vi må fjerne systematiske skjevheter som numeriske modeller har, og noen av disse er knyttet til måten modeller håndterer småskala bunntopografi,» forklarer Radko.

Virvler kan lage sine egne vær- og bølgemønstre, og de kan blant annet påvirke akustikken. Forskningen var betydelig nok til å lage forsiden av tidsskriftet (Volume 49, Issue 5) med et databilde av modellen laget av Gulliver som hovedbilde.

“Det er som å komme på forsiden av Rolling Stone … Du er en rockestjerne,” spøker Radko. “[Gulliver did it] på sitt første forsøk. Dette er hans første artikkel som hovedforfatter.”

Radko og Gulliver kaller funnet “sandpapireffekten” – en betegnelse som trekker assosiasjon med de små slipende partiklene av sandpapir som kan slipe ned mye større gjenstander. På samme måte bremser den småskala teksturen av havbunnen strømmene nær havbunnen, noe som forbedrer stabiliteten og levetiden til havringene nær overflaten.

Forskere har prøvd å finne ut hva som gjør store virvler stabile og langvarige i omtrent 50 år, men ingen tenkte å se på havbunnens småskala topografi fordi det virket for langt unna til å påvirke disse havringene. Vanligvis vurderes ikke topografisk ruhet engang av teoretikere når de ser på overflatevannsaktivitet.

«Nå er jeg i tvil [about current models]”, innrømmer Radko. “Hvis denne småskala topografien påvirker denne virvelen, kan den påvirke strømmer, bølger og hva ikke. Jeg blir skeptisk til alt som forutsetter at bunnen er jevn.”

Uten å ta hensyn til småskala topografi, antyder fysikk at havringene bør forsvinne i løpet av noen få uker. Dette ble testet ut av gamle papirer som ikke tok hensyn til bunnruheten i modellene deres. NPS-forskerne innså at nøkkelen til den «perfekte modellen» er å gjøre topografien så realistisk som mulig. De tok i bruk den statistiske representasjonen av bunnruhet gitt av faktiske ekkolodsystemer. Oceanografene er kanskje ikke i stand til å måle hver eneste detalj av bunnrelieffet i hele havet når som helst snart, men de har en ganske god forståelse av dets statistiske egenskaper. Bunnruhetsmodellen i Gulliver og Radko-studien representerer matematisk hvordan en gjennomsnittlig havbunn ser ut.

“Vi lånte denne, lånte den, lånte den andre ideen, satte den sammen og det fungerte!” sier Gulliver. Han og Radko ler fortsatt og husker overraskelsen deres. “Det gikk ganske raskt, [but] Jeg måtte kjøre noen flere simuleringer for å være sikker.”

Forskerne kan beskrive deres betydningsfulle oppdagelse som rask og enkel, selv om det var alt annet enn det. Fire år med intens forskning, samarbeid med fem andre institusjoner, varierte forskningsspørsmål og modelleringsteknikker … Til slutt validerte duoen arbeidet sitt gjennom andre modeller, og bekreftet at småskala topografi faktisk var den manglende brikken for å låse opp eddy lang levetid. Oppdagelsen deres gir forskere og Navy METOC-offiserer enda en brikke til det komplekse puslespillet med å forstå hvordan hav virker.

Ser vi fremover, er Gulliver på vei til å fullføre doktorgraden i desember, og Radko har planer om å samarbeide med Naval Research Laboratory (NRL) for å se på hvordan marinens hybridkoordinerte havmodell (HYCOM) representerer virvler. Han håper forskningen deres vil bidra til å forbedre nøyaktigheten til modellen.

Som Radko sier: “La oss komme til bunns i det.”

---

---

Levert av Naval Postgraduate School