Ein internationales Forschungsteam, geleitet vom Helmholtz-Zentrum Hereon, hat einen bedeutenden Fortschritt in der Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Wind und Wellen erzielt. Durch den Einsatz eines neuartigen Lasermesssystems konnten die Wissenschaftler die komplexen Strömungen in der Luft direkt über der Meeresoberfläche hochauflösend sichtbar machen. Diese bahnbrechenden Erkenntnisse sind nicht nur für die Klimaforschung und Wettervorhersage von Bedeutung, sondern eröffnen auch neue Perspektiven für die Ozeandynamik.
Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Dr. Marc Buckley, der das Team anführt, hebt hervor, dass es ihnen gelungen ist, die Strömungsdynamik in einer Detailgenauigkeit zu erfassen, wie sie zuvor nicht möglich war. Durch die Installation ihres innovativen Lasersystems auf der Forschungsplattform FLIP (FLoating Instrument Platform) im Pazifischen Ozean konnten die Forscher Luftströmungen in Höhen von wenigen Millimetern bis zu einem Meter über der Wasseroberfläche analysieren.
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die Entdeckung zweier unterschiedlicher Mechanismen, durch die Wind und Wellen miteinander interagieren. Die erste Art der Wechselwirkung betrifft kurze Wellen mit einer Länge von etwa einem Meter. Diese Wellen bewegen sich langsamer als der Wind, was zu einer Trennung der Luftströme führt. In diesem Fall wird der Wind durch die Wellenkämme abgeschirmt, was einen Druckunterschied erzeugt und Energie auf die Wellen überträgt. Im Gegensatz dazu bewegen sich lange Wellen, die bis zu 100 Meter lang sind, schneller als der Wind. Dies führt zu anderen Strömungsmustern in der Luft, die ebenfalls die Energieübertragung beeinflussen.
Die gleichzeitige Wirkung dieser beiden Mechanismen in verschiedenen Bereichen des Wellengangs stellt eine bedeutende Erkenntnis dar, die für zukünftige atmosphärische und ozeanische Modelle von großer Wichtigkeit ist. Die Wechselwirkungen zwischen Wind und Wellen sind eine fundamentale Komponente des globalen Klima- und Wettersystems. Es ist allgemein anerkannt, dass diese komplexen Mechanismen den Austausch von Energie, Wärme und Treibhausgasen zwischen der Atmosphäre und dem Ozean steuern und somit auch den Seegang, das Wettergeschehen und die Strömungen im Ozean beeinflussen. Dennoch waren die genauen Abläufe dieser Wechselwirkungen bis dato weitgehend unbekannt.
Das Forschungsteam plant, seine Messmethoden weiterzuentwickeln, um auch die Bewegungen unter der Wasseroberfläche präziser zu erfassen. Dr. Buckley betont, dass ihre Beobachtungen eine physikalische Grenze aufzeigen und es ermöglichen, den theoretischen Rahmen für den Luft-Meer-Austausch zu erweitern. Damit können genauere Beschreibungen dieser Prozesse erstellt werden, die bislang nur unzureichend verstanden waren.
Die verwendete Technologie basiert auf der Particle Image Velocimetry (PIV), einer etablierten Methode in der Strömungsdynamik, die es ermöglicht, präzise Informationen über Strömungsaufbau und Windgeschwindigkeiten zu gewinnen. Die Anwendung dieser Technik über dem offenen Meer stellt eine Neuheit dar, die dazu beiträgt, das Wissen über die dynamischen Prozesse an der Wasseroberfläche erheblich zu erweitern.
Das Helmholtz-Zentrum Hereon verfolgt mit seiner Forschung das Ziel, eine nachhaltige und lebendige Zukunft zu sichern. Mit einem Team von rund 1000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wird an neuen Technologien und Lösungen gearbeitet, die Resilienz und Nachhaltigkeit fördern. Der Austausch von Wissen und die Entwicklung praktischer Anwendungen stehen dabei im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Arbeit. Durch die aktive Teilnahme an nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken unterstützt das Hereon Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft.
Insgesamt zeigt die Forschung, wie wichtig es ist, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wind und Wellen zu verstehen, um die Auswirkungen auf Wetter, Klima und marine Biochemie besser einschätzen zu können. Die Ergebnisse dieser Studie sind ein Schritt in die richtige Richtung, um die Herausforderungen einer sich verändernden Welt zu meistern.
