从历史上看，海洋很难建模。过去几年，科学家们一直在努力模拟洋流或准确预测温度、盐度和其他特性的波动。因此，海洋动力学模型迅速偏离了现实，这意味着它们只能在短时间内提供有用的信息
1999年，一个名为“估算海洋环流和气候”（ECCO）的项目改变了这一切。通过将物理定律应用于来自多颗卫星和数千个浮动传感器的数据，美国国家航空航天局的科学家及其合作者将ECCO构建成一个跨越数十年的真实、详细和连续的海洋模型。ECCO促成了数千项科学发现，并在2021年诺贝尔物理学奖的宣布中亮相美国国家航空航天局ECCO是数十年海洋数据的强大整合者，讲述了地球海洋在驱动我们的天气和维持海洋生物的过程中不断变化的故事
ECCO项目包括数亿个世界海洋温度、盐度、海冰浓度、压力、水位和流量的真实测量值。研究人员依靠模型输出来研究海洋动力学，并密切关注对生态系统和天气模式至关重要的条件。建模工作得到了美国国家航空航天局地球科学计划和国际组织的支持。ECCO联盟，其中包括来自美国国家航空航天局南加州喷气推进实验室和八所研究机构和大学的研究人员该项目提供了过去30年全球海洋的最佳重建模型。它使我们能够在通常无法观察到的尺度上了解海洋的物理过程
ECCO and the Western Boundary Currents全球范围内的大规模风模式将海洋表层水拖走，形成复杂的洋流，包括一些流向海洋盆地西侧的洋流。当洋流从赤道向北或向南流动时，它们会拥抱大陆的东海岸：这些是西部边界流。最突出的三个是墨西哥湾流、阿古拉斯和黑潮
海员们已经知道墨西哥湾流-大西洋西部边界流-已有500多年的历史。根据其移动的水量，墨西哥湾流是西部边界流中最大的，输送的水比地球上所有河流的总和还多
1785年，本杰明·富兰克林将其添加到海图中，显示了从墨西哥湾沿美国东部海岸向上流动并横跨北大西洋的洋流。Franklin指出，乘洋流可以缩短船舶从美洲到欧洲的旅行时间，而避开洋流可以缩短返航时的旅行时间
富兰克林的图表显示a平滑的墨西哥湾流，而不是ECCO数据中显示的扭曲、旋转的路径。富兰克林无法想象墨西哥湾流下方相反的水流。逆流在大约2000英尺（600米）的深度在一条冰冷的河流中流动，这条河流与地表温暖的墨西哥湾流大致相反。当ECCO模型的上层在可视化中剥离时，海底逆流清晰可见
墨西哥湾流是大西洋经向翻转环流（AMOC），通过向北输送温暖的地表水和向南输送凉爽的水下洋流来调节全球气候。特别是墨西哥湾流，稳定了美国东南部的温度，使该地区在冬季比没有洋流时更暖和，在夏季比没有洋流的时候更凉爽。墨西哥湾流穿过大西洋后，也缓和了英格兰和欧洲海岸的气候
Agulhas海流沿印度洋西侧向南流动。当它到达非洲南端时，会喷出称为Agulhas环的漩涡。有时持续数年，这些环会横跨大西洋向南美洲滑动，从印度洋运送小鱼、幼虫和其他微生物
使用ECCO模型的研究人员可以研究阿古拉斯洋流，因为它将温暖的咸水从印度洋的热带地区输送到南非的顶端。该模型有助于梳理出形成阿古拉斯环和围绕南极的称为超级星系的大电流环的复杂动力学。南半球的超级环流连接着在南大西洋、太平洋和印度洋中循环的其他较小环流（环流）的南部。南部环流和南半球超级环流与北大西洋和太平洋的环流一起影响气候，同时将碳输送到全球各地
除了影响全球天气模式和温度外，西部边界流还可以驱动海洋中的垂直流动，即上升流。水流将营养物质从深处带到地表，在那里它们起着浮游植物、藻类和水生植物的肥料
在太平洋西侧和太平洋东侧流动的黑潮；日本有最近与富集沿海捕鱼水域的上升流有关。导致垂直流动的具体机制尚不完全清楚。海洋科学家现在正转向ECCO，以梳理营养物质运输与黑潮等洋流之间的联系，这可能会在ECCO模型中包含的水温、密度、压力和其他因素的研究中揭示出来
从ECCO的温度数据来看，西部边界流将温水从热带地区带向两极。就墨西哥湾流而言，随着洋流向北纬地区移动，一些盐水冻结成无盐海冰。留下的较咸的水会下沉，然后一路向南流向南极，然后在其他海洋盆地上升和变暖
洋流还将营养物质和盐输送到整个地球的海洋盆地。阿古拉斯环的漩涡在ECCO温度和盐度图中脱颖而出，因为它们将温暖的咸水从印度洋移入大西洋
ECCO为研究人员提供了一种在真实海洋中进行不切实际或成本过高的虚拟实验的方法。ECCO模型的一些最重要的应用是海洋生态学、生物学和化学。因为该模型显示了水的来源和去向，研究人员可以看到洋流如何在地球上运输热量、矿物质、营养物质和生物
例如，在过去的几十年里，海洋科学家依靠浮动传感器进行的大量温度和盐度测量来推断墨西哥湾流主要是由流过墨西哥湾的水组成的，而不是通过墨西哥湾。这些研究既耗时又昂贵。使用ECCO模型，数据可视化工具位于位于马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心在模拟中几乎复制了这项研究，速度更快、成本更低这里所示的例子依赖于ECCO通过向海湾填充115000个颗粒并让它们在模型中移动一年来跟踪水流。演示表明，只有不到1%的颗粒物逃离墨西哥湾，加入墨西哥湾流
在海洋环流模型中运行此类粒子跟踪实验有助于科学家了解环境污染物（如石油泄漏）如何以及在何处传播Take an ECCO Deep Dive如今，研究人员转向ECCO寻求帮助https://ecco-group.org/publications-featured.htm“>广泛的研究。他们可以选择ECCO建模产品专注于一个特征，如全球流动或海洋的生物和化学，或者它们可以将视野缩小到极地或特定的海洋区域。每年都有100多篇科学论文包含ECCO模型的数据和分析，深入研究我们海洋的特性和动力学
作者：詹姆斯·里奥登/美国国家航空航天局地球科学新闻组
本文中的信息来自以下资源和对以下来源的采访：；Nadya Vinogradova Shiffer、Dimitris Menemenlis、Ian Fenty和Atousa Saberi
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