在冰山融化和湖冰形成过程中破冰

时间：2022-05-21 08:25:06 来源：

可视化冰层的耦合动力学和水层中的湍流对流运动。底部表面温度为8oC且顶部表面温度为-10 C的3D模拟。

对冰山融化和湖冰形成的更好理解可以为气候变化提供新的指标。

埃里克·海斯特（Eric Hester）在过去三年中一直在追逐冰山。澳大利亚悉尼大学数学系研究生，海丝特（Hester）和马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所的研究人员正在研究冰山的形状如何塑造其融化方式。

与海斯特合作进行该项目的物理海洋学家克劳迪娅·塞尼泽斯（Claudia Cenedese）说：“冰融化时会变形。”“它使这些形状非常怪异，尤其是在底部，就像风在更长的时间尺度上塑造山峰的方式一样。”

在美国物理学会流体动力学分会第73届年会上，海斯特介绍了他的小组实验的结果，这些实验的目的是了解融化如何改变冰山不断变化的面貌边界，以及这些变化又如何影响融化。

Cendese说，大多数气候模型都缺少冰山融化的动力学。将它们包括在内可能有助于做出预测：冰山将冰盖中的淡水泵入海洋，从而促进了生物群落的发展。冰山是格陵兰峡湾中淡水的主要来源，并且是南极洲淡水流失的重要原因。Cenedese说，冰山在气候中起着至关重要的作用，在模型中不应忽略。她说，融冰的物理原理已广为人知，有些模型可以精确地模拟它。其他人没有。 “但是在这些模拟中您不能做的就是改变冰的形状。”

海斯特说，冰山具有各种各样的形状和大小，不同的热力学过程会影响不同的表面。浸没在水中的底部与侧面的融化方式不同。Cenedese补充说：“而且每个面孔的融化都不均匀。”

赫斯特通过将染色的冰块浸入水槽中，并控制流过的水流，观察冰融化的方式进行了实验。他和他的同事发现，面对电流的一面要比平行于流动的一面融化得更快。通过结合实验和数值方法，Hester和他的合作者绘制了诸如相对水速和长宽比或侧面的高宽比之类的因素的相对影响。毫不奇怪，他们发现底部的熔化速度最慢。

Cenedese说，海斯特（Hester）的项目将来自各个学科和国家的合作者召集到一起，而这样一个跨学科的项目则需要进行深入的合作。“在这种情况下，孤立工作效率不高。”

会议上讨论的其他研究都集中在冰的形成而不是融化上。在一次载有颗粒物的流动的会议上，来自明尼阿波利斯明尼苏达州大学圣安东尼瀑布实验室的工程师贾荣宏讨论了实验结果，结果表明湍流如何影响降雪和沉降雪的速度和分布。洪说，这些发现还可以帮助科学家更好地了解降水。

清华大学物理学家孙超（音译）及其团队在对流和浮力驱动的水流会议上提出了另一个项目，该项目的重点是湖泊中的冰形成。

在中国自然科学基金会的资助下，清华大学的王自奇，法国里尔大学的恩里科·卡尔扎瓦里尼和荷兰艾恩德霍芬科技大学的费德里科·托斯基获得了资助，Sun展示了如何在湖上形成冰与下面的水的流体动力学紧密相关。

一个湖泊可能拥有不同密度和温度的水层。Sun表示：“水密度异常会在运动的冰锋下方诱发复杂的流体动力学，并会极大地改变系统行为。”“这在以前的研究中经常被忽略。”

Sun的小组结合了物理实验，数值模拟和理论模型，以研究冰与（湍流）对流之间的联系。他们确定了四个具有不同流动动力学的不同状态，每个状态都以自己的方式与其他层和冰相互作用。即使如此复杂，该小组仍开发了可以在将来的研究中使用的准确的理论模型。

Sun说：“它对冰层厚度和结冰时间做出了合理的预测。”

他说，由于冰的形成和融化在气候中起着至关重要的作用，因此，更好地了解该过程背后的流体动力学特性可以帮助研究人员准确识别和研究变暖世界的标志。“例如，冰形成和融化的时间可能提供气候变化的指标。”

突出摘要

冰山形状如何影响融化？