美国物理学会 冰层和水层中湍流对流运动耦合动力学的显示
8C下表面和-10℃上表面的三维模拟
信用:孙超 在美国物理学会流体动力学分会第73届年会上，研究人员分享了对冰山融化和湖冰形成的新见解
埃里克·海斯特在过去的三年里一直在追逐冰山
海斯特是澳大利亚悉尼大学的一名数学研究生，他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是如何影响其融化方式的
“冰融化时会变形，”参与该项目的物理海洋学家克劳迪娅·塞德丝说
“它形成了这些非常奇怪的形状，尤其是底部，就像风在更长的时间尺度上塑造了一座山
" 在美国物理学会流体动力学分会第73届年会上，海丝特展示了他的团队的实验结果，这些实验旨在了解融化是如何改变正在缩小的冰山的表面变化边界的，以及这些变化又是如何影响融化的
森德斯说，大多数气候模型都没有冰山融化的动力学
将它们包括在内有助于预测:冰山将淡水从冰原泵入海洋，促进生物群落的发展
冰山是格陵兰峡湾的主要淡水来源，也是南极洲淡水流失的重要原因
塞德斯说，冰山在气候中起着至关重要的作用，在模型中不应该被忽视
她说，融化冰的物理原理是众所周知的，一些模型可以精确模拟它
其他人没有
“但是在这些模拟中你不能做的是改变冰的形状
" 海丝特说，冰山的形状和大小各不相同，不同的热力学过程会影响不同的表面
浸没在水中的底部不会像侧面那样融化
“而且每张脸不会均匀融化，”塞德斯补充道
海丝特进行实验的方法是，将一块染色的冰块浸入一个水槽中，让水流可控地流过，然后看着冰块融化
他和他的同事发现，面对电流的一侧比平行流动的一侧融化得更快
通过结合实验和数值方法，海斯特和他的合作者绘制了诸如相对水流速度和长宽比，或一侧的高度与宽度的比例等因素的相对影响图
毫不奇怪，他们发现底部的融化速度最慢
塞德斯说，海丝特的项目汇集了来自一系列学科和国家的合作者，这样一个跨学科的项目需要多样化的合作
“在这种情况下，独自工作效率不高
" 会议上讨论的其他研究集中在冰的形成，而不是融化
在一次关于颗粒流的会议上，来自圣彼得堡的工程师·洪
明尼阿波利斯市明尼苏达大学的安东尼·福尔斯实验室讨论了实验结果，这些结果显示了湍流是如何影响雪落下和落下时的速度和分布的
洪说，这些发现也有助于科学家更好地理解降水
另一个项目是由中国清华大学的物理学家孙超和他的团队在对流和浮力驱动流会议上提出的，重点是湖泊中的冰的形成
在中国自然科学基金的资助下，清华大学的、法国里尔大学的恩里科·卡尔扎瓦里尼和荷兰埃因霍温理工大学的费德里科·托什向我们展示了湖面上冰的形成与水下流体动力学的密切关系
一个湖可能有不同密度和温度的水层
孙说:“水密度异常可以在移动的冰面下诱发复杂的流体动力学，并能极大地改变系统行为。”
“这在以前的研究中经常被忽视
" 孙的团队结合物理实验、数值模拟和理论模型来研究冰和(湍流)对流之间的联系
他们确定了四种不同流动动力学的不同状态，每种状态都以自己的方式与其他层和冰相互作用
尽管如此复杂，该小组开发了一个精确的理论模型，可用于未来的研究
“它对冰层厚度和结冰时间作出了合理的预测，”孙说
他说，由于冰的形成和融化在气候中起着至关重要的作用，更好地理解这一过程背后的流体动力学可以帮助研究人员准确地识别和研究全球变暖的标志
“例如，冰形成和融化的时间可能提供气候变化的一个指标
"
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