一个配备激光器的海洋平台发现了两种相互竞争的风浪能量交换形式，它们以令人惊讶的方式塑造着海面。

这一发现为人们提供了一个更清晰的窗口，用以观察大气和海洋是如何共享热量、气体和动量的。

激光测绘揭示隐秘的海气共舞

由亥罗恩海岸海洋动力学研究所 (Hereon Institute of Coastal Ocean Dynamics) 的马克·巴克利 (Marc Buckley) 博士领导的研究团队开发了一种强大的新方法，用于直观展示空气与海洋之间的相互作用。该团队在太平洋的漂浮式仪器平台 (FLIP) 上工作，使用定制的激光测量系统，记录水面上方几毫米至一米处气流的高清图像。这种方法使他们能够识别出两种截然不同的风浪耦合过程，这两种过程虽然同时发生，但表现形式却大相径庭。

短波长约为一米，传播速度比其上方的风慢。当风撞击这些波峰时，风会分流，产生压力差，将能量直接传递给波浪。相比之下，长达100米的长波实际上移动速度比风快。它们的运动产生了独特的气流模式。这两种机制在波浪场的不同部位同时发生，这一发现可显著提高大气和海洋环流模型的准确性。

Airflow Insights 强化气候模型

海洋与大气之间的能量、热量和温室气体交换是全球气候和天气系统的核心驱动力。尽管科学家早已认识到这些相互作用的重要性，但其背后的精细物理机制在很大程度上仍尚待探索。该研究团队旨在完善他们的系统，以便更精确地追踪水体下方的运动。

“到目前为止，还没有人测量过如此贴近海面的气流，更不用说绘制出如此精细尺度的能量交换机制图了，”第一作者巴克利说道。“我们的观察结果揭示了物理学领域的一个前沿。这将使我们能够完善理论框架，对空气-海洋交换过程进行更为准确的描述，而迄今为止，人们对该过程的理解仅停留在表面。”

PIV 激光器以 3D 形式捕捉海面情况

该成像技术基于可在空气和水中穿行的激光：绿色光束照射到被引入空气中的水滴上——类似于阳光照射下的薄雾。这些水滴随着气流运动，散射激光，使空气中即使是最微小的运动也清晰可见。同时，激光穿透水面。在风驱水面上，光线发生折射——从而揭示出水面的结构。

这种组合能够可视化空气侧和水侧。该方法基于粒子图像测速（PIV），这是流体动力学中一项成熟的技术。PIV可提供有关流场结构和风速的精确信息。这是该技术首次应用于开阔海域。

参考文献：《2025年6月31日，Marc P. Buckley、Jochen Horstmann、Ivan Savelyev和Jeff R. Carpenter在《自然-通讯》上发表的“直接观测海面波浪上的气流分离”》DOI：10.1038/s41467-025-61133-1

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