一個國際科學家小組首次發現了將海洋中看似隨機的天氣系統與全球氣候聯繫起來的直接證據。該研究小組由羅徹斯特大學機械工程系副教授、該大學激光能量學實驗室的科學家侯賽因-阿魯伊（Hussein Aluie）領導，在《科學進展》（Science Advances）雜誌上報告了他們的發現。

本傑明-斯托爾（Benjamin Storer）繪製的這幅插圖顯示了海洋天氣系統（中尺度渦流）與大氣驅動的氣候尺度洋流（黑線）的疊加數據。圖像顯示了這些海洋天氣系統在與氣候尺度相互作用時是如何被激活（紅色）或削弱（藍色）的，其模式與全球大氣環流如出一轍。圖片來源：羅徹斯特大學/班傑明-斯托爾（Benjamin Storer

領銜作者本傑明-斯托爾（Benjamin Storer）是阿魯埃湍流與複雜流研究小組的副研究員，他說，海洋的天氣模式與我們在陸地上經歷的天氣模式類似，但時間和長度尺度不同。陸地上的天氣模式可能持續幾天，寬度約為500 公里，而海洋天氣模式（如漩渦）持續三到四周，但大小只有陸地上的五分之一。

“長期以來，科學家們一直猜測，海洋中這些無處不在、看似隨機的運動會與氣候尺度發生溝通，但一直都很模糊，因為不清楚如何拆分這個複雜的系統來測量它們之間的相互作用，”阿魯伊說。”我們開發了一個框架，正好可以做到這一點。我們的發現與人們的預期不同，因為它需要大氣層的調節”。

該小組的目標是了解能量是如何通過海洋中的不同通道傳遞到整個地球的。他們使用了阿魯伊在2019年開發的一種數學方法，隨後被斯托爾和阿魯伊應用到高級程式碼中，使他們能夠研究從地球週長到10公里的不同模式的能量傳遞。這些技術隨後被應用於來自先進氣候模式和衛星觀測的海洋資料集。

研究顯示，海洋天氣系統在與氣候尺度相互作用時，既會被激發，也會被削弱，其模式與全球大氣環流如出一轍。研究人員還發現，赤道附近一個名為”熱帶輻合帶”的大氣帶產生了全球30% 的降水，導致大量能量轉移，並產生海洋湍流。

斯托爾和阿魯伊說，研究在多個尺度上發生的如此複雜的流體運動並非易事，但它比以往將天氣與氣候變遷聯繫起來的嘗試更有優勢。他們認為，研究小組的工作為更好地理解氣候系統提供了一個前景廣闊的框架。

“全球暖化和不斷變化的氣候是如何影響極端天氣事件的，這引起了很多人的興趣，”阿魯伊說。”通常，此類研究工作基於統計分析，需要大量數據才能對不確定性有信心。我們正在採取一種基於機制分析的不同方法，這種方法減輕了其中一些要求，使我們能夠更容易地了解因果關係”。

編譯自/ scitechdaily