大太平洋垃圾带平衡点

Question

昨天我在看科学频道，节目提到了太平洋大垃圾带。我被下面的插图所震撼(我现在看到的几乎所有后续动画/图片都有相同的基本插图):

除非我没有理解什么，否则垃圾在一个巨大的封闭轨道上旋转，并包围了两个水槽(彩色漩涡状的东西;左边一个，右边一个)。但这在物理上是不可能的，有一个完全合理的假设，即潮汐力场是连续可微的。任何封闭曲线都必须包含指数为+1的平衡点，但汇聚的指数为+1，所以这条曲线的总指数为+2。在闭合轨迹内至少还有一个平衡点其指数为-1$，这就像鞍节点一样

但是除了这两个点，我找不到其他的平衡点。有人知道它们是什么吗，或者我有什么不理解的地方吗?

Answer 1

是的，你是对的，在环的中间应该有(至少一个)鞍点。事实上，如果你搜索太平洋环流，你可以看到其中一些的鞍点，比如这个:

^{来源:热带气象学概论，第2版，第3.3.1章，图3.20。}

现在，在很多其他地图中，鞍区或多或少都是空白的。显然，这是因为那里没有任何强洋流;大多数循环的一部分在两个水槽(和鞍座)周围循环，只有相对较小的一部分流向中间。这张图片来自维基百科是一个很好的例子:

此外，与水槽不同，鞍点一般不会积聚碎片;表面上的任何漂浮物都会沿着稳定的轴飘进来，然后又沿着不稳定的轴飘出去。因此，即使该地区有强大的表面水流，你也不会期望那里有任何可见的“垃圾带”。

此外，至少如果你足够仔细地观察，现实几乎肯定会更加复杂，有多个平衡点会随着时间的推移而变化。以下两张地图(在这个页面)，虽然相当古老，而且可能准确性有限，但可能显示出真正的复杂性:

Answer 2

理论上，我同意当我们有一个二维电流场时，两个稳定平衡点之间应该有一个不稳定平衡点。然而，这个问题还有其他一些组成部分:

• 洋流不是二维的而是三维的。只考虑海面可能会让磁场线消失。
• 风有一个额外的力。并非所有物品都是如此，风已经影响了洋流。然而，部分高于海面的垃圾会受到额外的风力(参见Yoon et al.， 2010)
• 洋流不是时间独立的，平衡点可能经历季节性、多年的循环
• 堆积区不一定是稳定的平衡点，但海洋垃圾在指定区域的停留时间只要足够长就可以了。
• 环流是宏观聚集区。因此，如果我们有颗粒轨迹密度较高和颗粒速度较低的区域，我们可以从宏观角度将这些区域识别为堆积区域。

关于第三项(洋流不是时间独立的)我不完全确定，但我想要记住一个动画或出版物中的一个情节，它显示了你展示的两个垃圾补丁之间的季节变化。

据我所知，关于海洋垃圾全球运输建模的出版物是正确的，北太平洋东部的垃圾带是实际的堆积区域。它有一个长尾朝西。Howell等人(2012)写了关于北太平洋环流和塑料碎片在其中堆积的情况。我没有时间细读。

为了进一步阅读，看看这些出版物可能会很有趣:

• 埃里克森等人，2014年。doi:10.1371 / journal.pone.0111913
• 豪厄尔等人，2012。doi:10.1016 / j.marpolbul.2011.04.034
• Lebreton等人，2012。doi:10.1016 / j.marpolbul.2011.10.027
• 马丁内斯等人，2009年。doi:10.1016 / j.marpolbul.2009.04.022
• Maximenko等人，2012年。doi:10.1016 / j.marpolbul.2011.04.016
• Yoon et al.， 2010。doi:10.1016 / j.marpolbul.2009.09.033