冷数学，热话题：应用理论为海冰热导率提供新见解

Josiah01 · 发表于 2024-8-28 20:28:11

一种新的应用数学理论可以增进我们对海冰如何影响全球气候的理解，从而有可能提高气候预测的准确性。
《皇家学会学报 A：数学和物理科学》上发表的一篇新论文的作者对热量如何穿过海冰这一调节地球极地气候的关键因素提出了新的见解。
麦考瑞大学应用数学高级讲师、这项研究的主要作者 Noa Kraitzman 博士表示，这项研究解决了当前气候模型的一个关键差距。
“在最冷的季节，海冰覆盖了大约 15% 的海洋表面，此时海冰数量最多，”克拉茨曼博士说。“这是一层薄薄的冰，将大气和海洋分隔开来，负责两者之间的热量传递。”
海冰就像是海洋上的隔热层，可以反射阳光并调节热交换。随着全球气温上升，了解海冰的行为方式对于预测气候变化将变得越来越重要。
这项研究的重点是海冰的热导率，这是许多全球气候模型使用的一个关键参数。之前的模型没有考虑到海冰中液态盐水的移动，这可能会增加其热量传输。
Kraitzman 博士表示，海冰的独特结构及其对温度和盐度的敏感依赖性意味着测量和预测其特性（特别是其热导率）具有挑战性。
“当你从小规模观察海冰时，你会发现它之所以有趣是因为它的结构很复杂，因为它是由冰、气泡和盐水夹杂物组成的。
“由于海洋上方的大气变得极其寒冷，温度低于零下 30 摄氏度，而海水温度仍保持在零下 2 度左右，这会产生很大的温差，水会从上往下结冰。
“当水迅速结冰时，它会将盐分挤出，形成一个纯冰冻水的冰基质，它可以捕获气泡和非常咸的水袋，称为盐水包裹体，周围几乎是纯净的冰。”
这些致密的盐水包裹体比淡海水重，导致冰内产生对流，形成巨大的“烟囱”，液态盐会从其中流出。
这项研究以 Trodahl 于 1999 年进行的早期实地研究为基础，该研究首次提出海冰内的流体流动可能会增强其导热性。Kraitzman 博士的团队现已提供这一现象的数学证据。
“我们的数学计算明确表明，一旦海冰内的对流开始，就会出现这种增强现象，”克雷茨曼博士说。
该模型还提供了一种将海冰的热特性与其温度和盐含量关联起来的方法，从而可以将理论结果与测量结果进行比较。
具体来说，它提供了一种可用于大规模气候模型的工具，可能有助于更准确地预测极地地区未来的状况。
近几十年来，北极海冰迅速减少。海冰损失可能引发一个反馈循环：随着更多暗色海水暴露在外，它们会吸收更多阳光，导致气候进一步变暖和海冰损失。
海冰的消失可能会对极地以外的气候模式、海洋环流和海洋生态系统产生影响。
Kraitzman 博士表示，了解海冰的热导率对于预测其未来至关重要。
研究人员指出，虽然他们的模型提供了一个理论框架，但还需要更多的实验工作才能将这些发现整合到大规模气候模型中。
这项研究是由澳大利亚麦考瑞大学、犹他大学和美国新罕布什尔州达特茅斯学院的数学家进行的

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