Международная исследовательская группа под руководством Гельмгольц-Центрума в Хероне впервые смогла визуализировать и количественно оценить сложную динамику воздушных потоков непосредственно над поверхностью океана с высоким разрешением. Используя инновационную систему лазерных измерений, были расшифрованы ранее неизвестные и весьма сложные механизмы обмена энергией между ветром и волнами — значительный шаг вперёд для исследований климата, моделей погоды и динамики океана. Результаты исследования были [опубликованы](https://www.nature.com/articles/s41467-025-61133-1) в Nature Communications.
Прорыв в визуализации поверхности океана
Международная команда под руководством доктора Марка Бакли из Института динамики прибрежного океана Херона добилась прорыва в визуализации поверхности океана с высоким разрешением. Используя специально разработанную систему лазерных измерений на борту исследовательской платформы FLIP (Floating Instrument Platform) в Тихом океане, они смогли получить снимки воздушных потоков на высоте от нескольких миллиметров до 1 метра над поверхностью океана. Были выявлены два механизма взаимодействия ветра и волн, которые происходят одновременно, но действуют по-разному.
Короткие и длинные волны
Короткие волны длиной около одного метра движутся медленнее ветра. Это вызывает разделение воздушного потока: гребень волны блокирует ветер, создавая разницу давлений, которая передаёт энергию волне. Длинные волны длиной до 100 метров движутся быстрее ветра и генерируют другие модели воздушных потоков за счёт своего движения. Эти механизмы действуют одновременно в разных частях волнового поля — важное открытие для развития атмосферных и океанических моделей.
Взаимодействие ветра и волн
Взаимодействие ветра и волн является центральным компонентом климата и погодных систем Земли. Хотя в основном принято, что эти [сложные взаимодействия](https://phys.org/tags/complex+interactions/) контролируют обмен энергией, теплом и [парниковыми газами](https://phys.org/tags/greenhouse+gases/) между атмосферой и океаном, влияя на состояние моря, погоду и течения, механизмы до сегодняшнего дня оставались в значительной степени неизвестными. Исследовательская группа планирует доработать систему, чтобы также фиксировать движения ниже поверхности воды с большей точностью.
«До сих пор никто не измерял воздушный поток так близко к [поверхности океана](https://phys.org/tags/ocean+surface/), не говоря уже о том, чтобы картографировать механизмы обмена энергией в таком мелком масштабе», — говорит ведущий автор Бакли. «Наши наблюдения проливают свет на физическую границу. Это позволит нам продвинуть [теоретическую основу](https://phys.org/tags/theoretical+framework/) и разработать более точные описания процессов обмена между воздухом и морем, которые до сих пор были понятны лишь частично».
Метод визуализации
Метод основан на трассировке изображения частиц (Particle Image Velocimetry, PIV), устоявшейся методике в гидродинамике. PIV предоставляет точную информацию о структуре потока и скорости ветра. Впервые эта методика была применена над открытым океаном.
Изображение основано на лазере, который проходит через воздух и воду: зелёный луч попадает на [капли воды](https://phys.org/tags/water+droplets/), введённые в воздух — подобно туману, освещённому солнечным светом. Эти капли следуют за движением воздушного потока, рассеивают лазерный свет и делают видимыми даже малейшие движения в воздухе. В то же время лазер проникает в водную поверхность. На поверхности, движимой ветром, свет преломляется, раскрывая структуру водной поверхности. Эта комбинация позволяет визуализировать как воздушные, так и водные стороны.
Предоставлено [Ассоциацией Гельмгольца немецких исследовательских центров](https://phys.org/partners/helmholtz-association-of-german-research-centres/).