내파

내부파는 표면이 아닌 유동 매체 내에서 진동하는 중력파다. 존재하려면 유체를 층화해야 한다: 밀도는 온도 및/또는 염도 등의 변화로 인해 깊이/높이(연속 또는 불연속적으로) 변화해야 한다. 작은 수직 거리(호수와 해양의 열선이나 대기 역전의 경우처럼)에 걸쳐 밀도가 변화하면 파도는 표면파처럼 수평으로 전파되지만 인터페이스 아래 위 유체의 밀도 차이에 의해 결정되는 느린 속도로 전파된다. 밀도가 지속적으로 변화하면 유체를 통해 수평은 물론 수직으로 전파될 수 있다.

내부 중력파라고도 불리는 내부파는 유동층화, 발생 메커니즘, 진폭, 외부 힘의 영향력에 따라 다른 많은 이름으로 통한다. 높이와 함께 밀도가 급격히 감소하는 접점을 따라 수평으로 전파되는 경우, 이를 특히 계면파(내부)라고 한다. 계면파가 큰 진폭일 경우 내부 단독파 또는 내부 솔리톤이라고 한다. 공기 밀도의 상당한 변화가 그들의 역학관계에 영향을 미치는 대기를 통해 수직으로 움직인다면 이를 무탄성(내부)파라고 한다. 지형을 흘러서 생긴다면 이파 또는 산파라고 부른다. 만약 산악 파도가 높이 부서지면, 그들은 치누크 바람(북미에서) 또는 툰 바람(유럽에서)으로 알려진 지상에서 강한 따뜻한 바람을 일으킬 수 있다. 해저 능선이나 대륙붕 위로 조수가 흘러 바다에서 생성되면 이를 내조라고 한다. 그들이 코리올리 효과의 영향을 받기 위해 지구의 회전 주파수에 비해 천천히 진화하면 관성 중력파 또는 간단히 관성파라고 부른다. 내파는 보통 위도와 함께 코리올리스 주파수의 변화에 영향을 받는 로스비파와 구별된다.

내부 파장의 시각화

샐러드 드레싱 한 병을 앞뒤로 천천히 기울이면 부엌에서 내부 파동을 쉽게 관찰할 수 있다. - 그 파동은 기름과 식초의 접점에 존재한다.

대기 내부 파동은 파도 구름으로 가시화할 수 있다: 파도의 파고에서는 비교적 낮은 압력에서 공기가 상승하고 냉각되며, 상대 습도가 100%에 가까우면 수증기가 응결될 수 있다. 언덕 위로 흘러들어온 내부 파도를 드러내는 구름은 렌즈처럼 생긴 모양 때문에 렌즈구름이라고 불린다. 덜 극적으로, 청어뼈 하늘이나 고등어 하늘이라고 묘사된 잔물결 구름 무늬로 내부 파도의 열차를 시각화할 수 있다. 뇌우에서 차가운 공기가 유출되면 대기 역전에서 큰 진폭 내부 단독 파동을 일으킬 수 있다. 호주 북부에서, 이러한 결과는 모닝글로리 구름으로, 몇몇 용감한 사람들이 바다의 파도를 타는 서퍼처럼 미끄러지듯 미끄러지듯 나아가는 데 이용된다. 호주와 그 밖의 다른 곳 위성은 이 파도를 수백 킬로미터에 걸쳐 볼 수 있다.

해양 열전선의 결절은 수평 흐름이 수렴되는 표면 거칠기를 증가시키고 이로 인해 햇빛의 산란이 증가하기 때문에 위성으로 시각화할 수 있다(이 페이지 상단의 이미지에서와 같이 지브롤터 해협을 통한 조수 흐름으로 생성된 파도를 보여준다).

부력, 중력 및 부력 빈도 감소

아르키메데스 원리에 따르면, 물에 잠긴 물체의 무게는 그것이 대체하는 유체의 무게에 의해 감소된다. 이것은 밀도 ${\displaystyle \rho_{$$0$}의$$ 유체 구획에 대해 유지된다$.$ ${\displaystyle {\rho \mathrm{}}_{}}$0 {\$displaystyle \rho_{$0}. 단위 부피당 무게는 $g{\displaystyle (}$ ${\displaystyle \rho }$ -${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$) ${\displaystyle g(\rho$ -$\rho _{0})$이며$,$ 여기서 $g{\displaystyle }$ {\$displaysty g}$은(는$)$ 중력의 가속이다. $\rho {\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {00}_{}}$ ${\$은$($는) 감소된 중력의 정의를 제공한다.

${\displaystyle g^{\premy}\equiv g{\frac {\rho -\rho_{0}{\rho_{00}}}}}}$

만약ρ>ρ 0{\displaystyle \rho>\rho_{0}}, g′비록 일반적으로 훨씬 g{\displaystyle g}보다 작{\displaystyle g^{\prime}}. 왜냐하면 물 훨씬 더 공기보다, 중력의 물에 의한 표면 중력파에서 변위는 기분이 거의 전체 하중이 빽빽하다(g긍정적이다.′∼ g{\disp.laysty$르$ g$^{\premy }\$$sim g}$ ) 따뜻한 표면과 차가운 깊은 물을 분리하는 호수의 열선 변위는 줄어든 중력을 통해 표현되는 부력력을 느낀다. 예를 들어, 얼음물과 상온수 간의 밀도 차이는 0.002 물의 특성 밀도다. 그래서 감소된 중력은 중력의 0.2%이다. 내파가 표면파에 비해 느린 동작으로 움직이는 것도 이 때문이다.

감소된 중력은 계면 내부 파장의 부력을 설명하는 핵심 변수인 반면에, $\rho {\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle 0{}_{}}$( z $)[\displaystyle \rho _{0}(z)}$의 높이에 따라 변하는 연속적으로 층화된 유체의 부력을 설명하는데 다른 양을 사용한다$.$ 물기둥은 정수 평형 상태와 작은 양의 플루이 있다고 가정하자.d 밀도가 ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}{}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$)인 경우,$$\$displaystyle \rho _{0}(z_{0})$은 작은$$ 거리 $\Delta {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle z}$ ${\displaystyle \Delta$ z$}$에 의해 수직으로 변위된다$.$ 부력 회복력은 다음과^[1][2] 같이 수직 가속을 초래한다.

${\displaystyle {\frac {d^{2}\Delta z}{dt^{2}}}=-g^{\prime }=-g(\rho _{0}(z_{0})-\rho _{0}(z_{0}+\Delta z))/\rho _{0}(z_{0})\simeq -g\left(-{\frac {d\rho _{0}}{dz}}\Delta z\right)/\rho _{0}(z_{0})}$

이것은 용액이 부력 주파수에 의해 주어진 주파수에 따라$$ 약 $z{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$에 대한 진동 수직 변위를 예측하는 스프링 방정식이다.

${\displaystyle N=\left(-{\frac {g}{\rho_{0}{0}{0}{dz}\오른쪽)^{1/2}}.}$

위 인수는 수직에$$ 대한 $\theta {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle \Theta}$ 각도에서 선을 따라 진동하는 유체 소포의 주파수 $\Omega {\displaystyle }$ ${\displaystyle \omega$을(를) 예측하기 위해 일반화할 수 있다.

${\displaystyle \Omega }$= ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \cos }$ ${\displaystyle }$ ⁡ \${\displaystyle$ \$omega =N\$cos $\theta$ $\}.$

이것은 일정한 위상의 선이 수직으로 $angle$$[\displaystyle \Teta }$ 각도에 있는 내부 파형에 대한 분산 관계를 작성하는 한 방법이다. 특히 부력 주파수가 허용된 내부파 주파수의 상한임을 보여주는 대목이다.

내부파의 수학적 모델링

내부파에 대한 이론은 계면파와 수직으로 전파되는 내부파에 대한 설명이 다르다. 이것들은 아래에서 따로 취급한다.

계면파

가장 간단한 경우, 균일한 밀도의 $유체{\displaystyle {}_{}}$ 슬라브 ${\$1}가 균일한 밀도의 유체 슬라브 위에$$ 놓인 2층 액체를 고려한다.$$${\displaystyle {arbitrarily\mathrm{}}_{}}$ 2 ${\$ 임의로$$ 두 층 사이의 인터페이스는 $z{\displaystyle }$ = ${\displaystyle 0.}$ ${\displaystyle$ z$=0.}$위층과 아래층의 id는 비회전적인 것으로 가정한다. 따라서 각 층의 속도는 속도전위 $u{\displaystyle \stackrel{}{}}$→ =${\displaystyle \mathrm{\nabla }}$ ${\displaystyle \varphi }$, ${\$의 구배를 통해 주어지며$$, 전위 자체는 라플레이스의 방정식을 만족한다.

$\displaystyle \nabla ^{2}\phi =0.}$

도메인이와 2차원 무한한(의 x− z{\displaystyle x-z}비행기에), 그리고 파도wavenumber k을과 x{\displaystyle)}에서 주기적인, 0가정한다고 가정하면,. 주장하다. 각 계층의 방정식 z{z\displaystyle}에 이차 상미분 방정식으로 줄어든다{\displaystyle k>0,}.왕에 경계 솔루션 각 층의 속도 전위는

${\displaystyle \phi _{1}(x,z,t)=Ae^{-kz}\cos(kx-\omega t)}$

그리고

${\displaystyle \phi _{2}(x,z,t)=Ae^{kz}\cos(kx-\omega t),}$

$파형$의 진폭과$$$\Omega {\displaystyle }$ ${\displaystyle \omega}$의 각도 주파수를 사용하여 이 구조를 도출할 때 질량과 압력의 연속성이 요구되는 인터페이스에서 일치 조건이 사용되어 왔다. 또한 이러한 조건은 분산 관계를 제공한다.^[3]

${\displaystyle \omega ^{2}=g^{\premy }k}$

감소된 중력 $′{\$은(는) 상층과 하층 사이의 밀도 차이를 기준으로 한다$$.

${\displaystyle g^{\premy }={\frac {\rho_{2}-\rho_{1}{1}{{2}+\rho_{1}}}$

지구의 중력을 가지고 있다$.$ $g{\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {\prime \mathrm{}}^{}}$= ${\displaystyle g}$. . ${\displaystyle g^{\prime }=g$를 설정하여 심해 표면 파동의 분산 관계와 동일하다는 점에 유의하십시오$.$$}$

균일층 유체 내파

균일하게 층화된 유체에서 내부 파형의 구조와 분산 관계는 유체가 압축할 수 없고 배경 밀도가 소량씩 변동한다고 가정하는 질량, 운동량 및 내부 에너지 방정식의 선형화된 보존의 솔루션을 통해 발견된다(부신스큐 근사치). x-z 평면에서 파형이 2차원이라고 가정하면 각 방정식은 다음과 같다.

${\displaystyle \ft_{x}u+\ft_{z}w=0}$

${\displaystyle \rho _{00}\reason _{t}u=-\reason _{x}p}$

${\displaystyle \rho _{00}\pair _{t}w=-\pair _{z}p-\rho g}$

${\displaystyle \reho =-wd\rho _{0}/dz}$

여기서 $\rho {\displaystyle }$ ${\displaystyle \rho}$은(는) 섭동 밀도, $p{\displaystyle }$ ${\displaystyle p}$은(는${\displaystyle ),}$ p ${\displaystyle(u,w)$은 속도다. 주변 밀도는 $\rho {\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$( ${\displaystyle z}$) ${\displaystyle \rho _{0}(z)}$이(가) 주어진 높이에 따라 선형적으로 변화하며$,$ ${\displaystyle {\mathrm{상수}}_{}}$인 $\$ $00$ {\$displaystyle \rho$ _${00}$이(가) 특징적인 주변 밀도인 것이다.

${\displaystyle \exp }$ ${\displaystyle [i}$(${\displaystyle k}$ ${\displaystyle x}$+ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle z}$ -${\displaystyle \Omega }$ t${\displaystyle )]}$ ${\displaystyle \exp[kx+mz-\omega$ t$]]}$ 형식의 파형에 대해 4개의 미지의 방정식을 풀면 분산 관계가 된다$$.

${\displaystyle \omega^{2}=N^{2}{\frac {k^{2}}:{k^{2}+m^{2}}}}}=N^{2}\cos ^{2}\세타 }$

여기서 $N{\displaystyle }$ ${\displaystyle N}$은 부력 주파수이고 $and{\displaystyle \mathrm{}}$= ${\displaystyle {\mathrm{황갈색}}^{}}$- ${\displaystyle 1^{}㎛(m}$/ k${\displaystyle }$) ${\displaystyle \theta =\tan ^{-1(m/k)}$은 수평에 대한 와번 벡터의 각이며, 수직에 대한 일정한 위상의 선에 의해 형성된 각도이기도 하다.

산포관계에서 발견되는 위상속도와 그룹속도는 그들이 수직이고 위상 및 그룹속도의 수직 구성요소가 반대 기호를 가지고 있다는 특이한 특성을 예측한다: 만약 웨이브패킷이 오른쪽으로 위쪽으로 이동한다면, 파고들은 오른쪽으로 아래로 이동한다.

바다의 내파

대부분의 사람들은 파도를 물과 공기 사이에서 작용하는 표면 현상으로 생각한다. 저밀도 물이 바다의 고밀도 물 위에 있는 곳에서는 내부 파동이 경계를 따라 전파된다. 그것들은 특히 세계 대양의 대륙붕 지역에서 흔하며, 큰 강의 출구에서 소금물 위에 고사리 같은 물이 깔려 있다. 물결의 수조 위에서 형성될 수 있는 매끄러운 띠를 제외하고는 일반적으로 파도의 표면적인 표현은 거의 없다.

내부 파도는 노르웨이의 해양학자 프리드조프 난센이 1893년에 처음으로 보고한 데드 워터라는 기이한 현상의 근원이며, 이 현상에서 보트는 겉으로 보기에 평온한 조건에서 전진 운동에 강한 저항을 경험할 수 있다. 선박의 수심이 선박의 드래프트에 버금가는 비교적 담수층 위를 항해할 때 이런 현상이 발생한다. 이로 인해 엄청난 양의 에너지를 소모하는 내부 파동이 일어난다.^[4]

내부 파동의 특성

이 절은 출처를 인용하지 않는다. 신뢰할 수 있는 출처에 인용문을 추가하여 이 섹션을 개선할 수 있도록 도와주십시오. 공급되지 않은 재료는 도전하여 제거할 수 있다. (2010년 11월) (이 템플릿 메시지를 제거하는 방법과 시기 알아보기)

내부 파형은 일반적으로 표면 중력파보다 훨씬 낮은 주파수와 높은 진폭을 가지고 있는데, 이는 액체 내의 밀도 차이(따라서 복원력)가 훨씬 작기 때문이다. 파장은 센티미터에서 킬로미터까지, 각각 초에서 시간 단위로 다양하다.

대기와 바다는 연속적으로 층화되어 있다: 잠재 밀도는 일반적으로 아래쪽으로 꾸준히 증가한다. 연속적으로 층을 이룬 매체의 내부 파장은 수평뿐만 아니라 수직으로도 전파될 수 있다. 그러한 파동에 대한 분산 관계는 다음과 같다. 자유롭게 제안하는 내부파 패킷의 경우, 에너지의 전파 방향(그룹 속도)은 파장 및 수조(위상 속도)의 전파 방향과 수직이다. 내부 파동은 또한 다양한 층화 또는 바람의 결과로 고도 또는 깊이의 유한 영역에 국한될 수 있다. 여기서 파동은 도관 또는 끼였다고 하며, 그룹 속도의 수직 성분이 0에 가까워지는 수직으로 서 있는 파형이 형성될 수 있다. 덕트형 내부 파형 모드는 도파관 내의 전파와 유사하게 병렬 그룹 및 위상 속도 벡터와 함께 수평으로 전파될 수 있다.

큰 규모에서 내부 파동은 매질의 층화뿐만 아니라 지구의 자전에 의해서도 영향을 받는다. 이러한 지구물리학적 파동 운동의 주파수는 코리올리스 주파수(내부 운동)의 하한에서부터 브룬트-바이셀레 주파수 또는 부력 주파수(부력 진동)에 이르기까지 다양하다. Brunt-Vaisela 주파수 위에서는, 예를 들어 부분반사로부터 발생하는 내부파 동작이 있을 수 있다. 조수에서의 내부 파도는 지형/욕조에서 조수가 흘러 생성되며, 내부 조수로 알려져 있다. 마찬가지로, 대기 조수는 예를 들어, 주간 운동과 관련된 불균일한 태양열 가열에서 발생한다.

플랑크톤 유충 육상 이송

연안 환경과 연안 환경 간의 물 교환인 교차 쉘프 운송은 공유 연안 유충 풀에서 종종 상이한 성인 개체군에 인어플랑크톤 유충을 전달하는 역할을 하는 것으로 특히 관심이 높다.^[5] 내부 파동에 의한 플랑크톤 유충의 교차 쉘프를 위한 몇 가지 메커니즘이 제안되었다. 사건 유형별 유병률은 바닥 지형, 수역의 층화, 조석 영향 등 다양한 요인에 따라 달라진다.

내부 조수층

표면 파도와 마찬가지로 내파도 해안에 접근할 때 변한다. 파도와 수심 대비 파동 진폭의 비율이 '밑바닥'을 '감질' 정도로 변하면서 파동 밑면의 물은 해저와의 마찰로 속도가 느려진다. 이로 인해 파도는 비대칭이 되고 파도의 얼굴이 가파르게 되며, 마침내 파도는 부서져 내공(內空)^[6][7]으로 앞으로 전파된다. 선반이 깨지면서 조수가 지나가면서 내파가 형성되는 경우가 많다.^[8] 이러한 파동 중 가장 큰 파동은 봄철에 발생하며 충분한 크기의 파동이 발생하여 보어로서 선반을 가로질러 진행된다.^[9][10] 이러한 보어는 심도와 함께 온도와 염도의 급속한 단계적 변화, 바닥 부근의 급격한 상승 흐름과 보어의 전선을 따르는 고주파 내부 파장의 패킷에 의해 증명된다.^[11]

과거에는 내부 보어와 연관된 깊은 물이 따뜻한 곳으로 도달하는 것은 식물성 플랑크톤과 동물성 플랑크톤 농도의 급격한 증가와 플랑크르터 종의 다양성의 변화와 일치한다.^[12] 또한, 지표수와 깊이가 모두 상대적으로 낮은 일차 생산성이 있는 경향이 있는 반면, 열전선은 종종 엽록소 최대 층과 연관된다. 이 층들은 차례로 내부 보어들이 나중에 해안으로 밀어내는 이동 동물성 플랑크톤을^[13] 대량으로 끌어모으고 있다. 많은 세자는 따뜻한 표면의 물에 거의 없을 수 있지만, 이러한 내부 보어에는 풍부하다.^[12]

표면 슬라이스

선반 파손을 넘어간 후 더 큰 규모의 내파가 부서지는 경우가 많지만, 소형 열차는 파손되지 않고 선반을 가로지른다.^[10][14] 낮은 풍속에서는 이러한 내부 파동이 바닥 지형과 평행하게 형성되어 내부 파도와 함께 해안으로 전진하는 넓은 표면 슬라이스의 형성에 의해 입증된다.^[15][16] 내파 위의 물은 수렴하여 수조와 상류로 가라앉고 그 볏 위로 갈라진다.^[15] 내부 파동 수조와 관련된 수렴 구역은 종종 기름과 플롯을 축적하여 때때로 슬라이스와 함께 해안으로 나아간다.^[17][18] 이 플로탐의 뗏목들은 또한 무척추동물의 고농도 유충을 수용할 수 있고 주변 해역보다 더 높은 수위의 물고기를 잡을 수 있다.^[18]

예측 가능한 다운웰링

열선들은 종종 엽록소의 최대 층과 관련이 있다.^[13] 내부 파동은 이러한 열선들의 진동을 나타내며 따라서 이러한 식물성 플랑크톤 풍부한 물을 아래로 전달하고, 결합 벤트릭 및 펠라직 시스템을 결합할 수 있는 잠재력을 가진다.^[19][20] 이러한 사건의 영향을 받는 지역은 높은 식물성 플랑크톤 농도의 주기적인 유입 때문일 가능성이 높은 금식동물과 동식동물의 공급 중단 증가율을 보여준다.^[21] 열선 및 관련 다운웰링의 주기적 우울증은 플랑크톤 유충의 수직 이동에도 중요한 역할을 할 수 있다.

갇힌 코어

갇히고 역방향으로 움직이는 코어를 포함하는 크고 가파른 내부 파장은 또한 해안으로 소포들을 운반할 수 있다.^[22] 코어가 끼인 이러한 비선형 파장은 이전에 실험실에서^[23] 관측되어 이론적으로 예측한 바 있다.^[24] 이러한 파도는 높은 전단 및 난기류로 특징지어지는 환경에서 전파되며, 상류에 있는 더 멀리 있는 바닥의 밀림과 상호 작용하는 우울의 파도로부터 에너지를 얻을 수 있다.^[22] 이러한 파도의 발생에 유리한 조건 또한 바닥의 침전물과 플랑크톤을 따라 발견되는 영양분을 더 깊은 물에서 정지시킬 가능성이 있다.

참조

각주

기타

외부 링크

• 진동 실린더에 의해 만들어진 내부 파동의 토론 및 비디오.
• 아틀라스 오브 오션 내파 - 글로벌 오션 어소시에이트