激光捕捉风与波涛的无形之舞

波长约为一米的短波移动速度慢于风。这导致气流产生分离：波峰阻挡风，产生压力差，从而将能量传递给波浪。另一方面，长达100米的长波移动速度快于风，并通过其运动产生不同的气流模式。这些机制在波场的不同区域同时运作——这是推进大气和海洋模型研究的关键见解。

对天气、气候及海洋生物化学的意义

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。尽管学界普遍认为这些复杂相互作用控制着大气与海洋之间能量、热量及温室气体的交换——影响海况、天气和洋流——但迄今为止，其作用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，以更高精度捕捉水面下的运动。

"迄今为止，尚未有人如此近距离地测量海洋表面的气流，更不用说在如此精细尺度上绘制能量交换机制图，"首席作者巴克利表示。"我们的观测揭示了一个物理前沿领域。这将推动我们完善理论框架，并建立更精确的海气交换过程描述——这些过程至今仅被部分理解。"

公海上的独特成像技术

该成像是基于穿透空气和水的激光：绿色光束照射到空气中的水滴——类似于阳光下可见的薄雾。这些水滴随气流运动，散射激光，使空气中最微小的运动也清晰可见。同时，激光穿透水面。在风驱水面处，光线发生折射——从而揭示水面的结构。这种组合技术可同时实现空气侧和水体侧的可视化。该方法基于粒子图像测速（PIV）技术——流体动力学中的成熟技术。PIV可提供关于流动结构和风速的精确信息。这是该技术首次在公海上应用。

面向变化世界的前沿研究

亥姆霍兹Hereon研究中心的科研目标是守护宜居世界。为此，约1000名员工致力于生成知识并研发新技术，以增强气候、海岸及人类的韧性与可持续性。从构想到创新的路径，贯穿于实验研究、建模和人工智能之间持续不断的相互作用，最终形成在计算机中映射气候海岸多样性参数或人类生物学的数字孪生体。这是种跨学科研究方法，涵盖从复杂系统的基础科学认知到场景构建与实践应用。作为国内外研究网络及亥姆霍兹联合会的活跃成员，Hereon通过转化所获专业知识，支持政界、商界和社会各界塑造可持续未来。