激光设备捕捉风与海浪的无形舞蹈

波长约为一米的短波浪移动速度慢于风速。这导致气流分离：波峰阻挡风，形成压力差，从而将能量传递给波浪。另一方面，波长长达100米的长波浪移动速度快于风速，并通过其运动产生不同的气流模式。这些机制在波浪场的不同区域同时运作——这对于改进大气和海洋模型至关重要。

对天气、气候和海洋生物化学的重要意义

风与波浪的相互作用是地球气候和天气系统的核心组成部分。尽管人们普遍认为这些复杂的相互作用控制着大气和海洋之间能量、热量和温室气体的交换——影响着海况、天气和海流，但直到今天，其具体机制在很大程度上仍属未知。研究团队计划进一步开发该系统，以更精确地捕捉水下的运动。

“迄今为止，还没有人能在如此接近海洋表面的位置测量气流，更不用说在如此精细的尺度上绘制能量交换机制图了，”首席作者巴克利表示。“我们的观测揭示了一个物理前沿。这将使我们能够推进理论框架，并更精确地描述海气交换过程——这些过程迄今为止仅被部分理解。”

开阔海域上空的独特成像技术

该成像是基于一种能穿透空气和水的激光：绿色光束击中空气中引入的水滴——类似于被阳光照亮的薄雾。这些水滴跟随气流运动，散射激光，使空气中哪怕最微小的运动都清晰可见。同时，激光穿透水面。在受风驱动的表面，光线发生折射——从而揭示水面的结构。这种组合使得空气侧和水侧都能被可视化。该方法基于粒子图像测速法（PIV），这是流体力学中的成熟技术。PIV可提供关于流动结构和风速的精确信息。这是该技术首次在开阔海域使用。

为变化中的世界开展尖端研究

亥姆霍兹-赫罗恩研究中心（Helmholtz-Zentrum Hereon）的科学研究旨在守护一个宜居的世界。为此，约1000名员工不断创造知识，研究新技术，以增强韧性和可持续性——为气候、海岸和人类造福。从构想到创新的道路，贯穿实验研究、建模与人工智能之间的持续互动，最终生成在计算机中映射气候、海岸或人类生物学多样参数的数字化双胞胎。这是一种跨学科方法，涵盖从复杂系统的基础科学认知到场景与实际应用的整个过程。作为国内外研究网络及亥姆霍兹联合会的活跃成员，赫罗恩研究中心通过转移其所获专业知识，支持政治、经济和社会塑造可持续的未来。