De las estrellas a los océanos: el impacto de las turbulencias penetrantes en la ciencia del clima

Por ejemplo, se cree que la turbulencia penetrante juega un papel importante en el transporte de momento de masa en la tacoclina (la región de transición de las estrellas entre el interior radiativo y la zona convectiva exterior giratoria con modo diferencial); y, aquí en la Tierra, también es importante para la vida oceánica submarina en invierno. Influye en la distribución del fitoplancton y otros organismos marinos, por lo que puede servir como indicador de la salud de los ecosistemas y contribuir al ciclo del carbono en estos cuerpos de agua.

En nuestra atmósfera, la turbulencia penetrante es fundamental para los movimientos de los principales sistemas de circulación, por lo que su incorporación exitosa en los modelos de pronóstico afecta en última instancia a nuestra capacidad para predecir el tiempo. Por supuesto, esto cobra una importancia añadida en el contexto actual de cambio climático y los efectos que está teniendo en forma de fenómenos meteorológicos extremos, como sequías e inundaciones.

«Nuestro artículo examina estudios teóricos, numéricos y experimentales anteriores sobre la turbulencia penetrante, junto con estudios de campo que han proporcionado información sobre la modelización de la turbulencia», explica el profesor Ding.

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«Analizamos los factores físicos que inician la convección penetrante, se aplican los métodos más avanzados para comprender mejor los mecanismos de transporte y sus propiedades estadísticas, y discutimos algunas perspectivas que surgen del conocimiento que hemos adquirido en términos de implicaciones y aplicaciones prácticas. en diversos campos científicos».

Un tema central de la revisión es la derivación de las leyes de escala incluidas en la turbulencia penetrante a gran escala. La capacidad de hacerlo, por ejemplo, ha mejorado nuestra comprensión de la dinámica de la distribución del calor en los océanos, que, cuando se integra con otros factores oceanográficos dinámicos, como las corrientes impulsadas por el viento y la circulación termohalina, puede ayudar a dilucidar las influencias de las temperaturas oceánicas y procesos glaciales. se derrite sobre el clima de la Tierra.

Además, la exploración de la convección penetrante se extiende más allá de los sistemas naturales hasta aplicaciones técnicas en ingeniería, como el diseño de intercambiadores de calor y la optimización de sistemas de energía geotérmica.

«Sin embargo, las aplicaciones prácticas a menudo exponen las limitaciones de nuestros modelos teóricos», añade el profesor Ding, «y esto es quizás más cierto en las ciencias atmosféricas».

La frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos está aumentando debido al calentamiento global, y los científicos han sido conscientes de que la convección penetrante es un factor que contribuye a esta tendencia. Al integrar representaciones más precisas de la convección penetrante en los modelos climáticos, debería ser posible generar predicciones más confiables de las tendencias climáticas a largo plazo.

«En definitiva, en las ciencias atmosféricas nuestro objetivo es claro», concluyó el profesor Ding. «Necesitamos un modelo más realista de convección atmosférica para facilitar una mejor previsión tanto del tiempo como del clima. Esto requiere que incorporemos con éxito influencias como las condiciones límite, la rotación de la Tierra y la radiación solar, por nombrar sólo algunas”.

Los avances en nuestra comprensión de la turbulencia penetrante son fundamentales para estos objetivos, y esta oportuna revisión realizada por el profesor Ding y sus colegas proporciona un valioso punto de referencia para que los científicos continúen sus estudios en esta importante área.

CRÉDITO DE LA IMAGEN: Avances en las ciencias atmosféricas

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