마이크로바롬

Microbarom

음향학에서 "바다의 소리"[1][2]라고도 하는 마이크로바롬은 해양 폭풍에서[3][4] 해양 표면파와 [5][6]대기의 비선형 상호작용에 의해 생성되는 대기 중 초저주파입니다.일반적으로 진폭은 최대 몇 마이크로바까지이며 파장은 [7][8]5초(0.2헤르츠)[9][10]에 가까운 협대역, 거의 사인파 파형을 가집니다.이러한 저주파에서의 낮은 대기 흡수 때문에, 미세 막대는 대기 중에 수천 킬로미터까지 전파될 수 있고, 지구 표면에서 [5][11]널리 분리된 기구들에 의해 쉽게 탐지될 수 있습니다.

마이크로바롬은 핵폭발로 인한 인프라사운드 검출을 잠재적으로 방해할 수 있는 중요한 소음원이다. 이는 포괄적 핵실험 금지 조약에 따라 조직된 국제 감시 시스템의 목표이다(아직 [12]발효되지 않았다.주파수 스펙트럼이 [11]겹치기 때문에 1킬로톤 범위에서 저수익률 테스트를 검출할 때 특히 문제가 됩니다.

역사

이 현상을 발견한 이유는 사고였다: 해양 기상 관측소와 수상 선박에서 일하는 기상학자들이 표준 기상 탐사선(수소를 가득 채운 풍선)의 표면에 접근할 때 겪는 이상한 고통에 주목했다.탐사 중 하나에서, 이 효과는 수석 기상학자 V. A. 베레즈킨에 의해 소련 학자인 V. V. V. 슐레이킨에게 증명되었다.이 현상은 과학자들 사이에서 진정한 관심을 끌었다; 그것을 연구하기 위해, 특별한 장비는 인간의 귀로는 들리지 않는 강력하지만 저주파 진동을 기록하도록 설계되었다.

여러 실험의 결과, 이 현상의 물리적 본질은 1935년 V.V.가 밝혀졌습니다.슐레이킨은 "바다의 소리"의 초음파를 전적으로 다루는 그의 첫 작품을 발표했다.마이크로바롬은 1939년 패서디나의 캘리포니아 공과대학에서 미국 지진학자 휴고 베니오프와 베노 구텐버그에 의해 처음 설명되었으며,[13] 전자파 마이크로바롬의 [11]관측에 기초해 상부에 저주파 스피커가 장착된 나무 박스로 구성되어 있다.그들은 지진계에서 [9]관측된 미세진동과의 유사성에 주목하고 이러한 신호가 북동태평양의 [11]저기압의 결과라는 가설을 정확하게 세웠다.1945년, 스위스의 지구과학자인 L. Saxer는 해양 폭풍과 미세 기압 [9]진폭에서 미세 기압과 파도의 높이에 대한 최초의 관계를 보여주었다.M. S. Longuet-Higgins의 미세지동 이론에 이어 에릭 S.포즈멘티에 박사는 관측된 미세기압 [14]주파수에서 해양파 주파수가 두 배로 증가하는 이유를 설명하면서 정상파가 나타나는 해양 표면 위의 공기 무게중심의 진동이 미세기압의 원천이라고 제안했다.마이크로바롬은 이제 2차 미세지진을 만드는 것과 같은 메커니즘에 의해 생성되는 것으로 알려져 있다.미세 기압 생성에 대한 첫 번째 양적으로 올바른 이론은 대기와 결합하는 것이 해양의 미세 지진의 근원이라는 것을 보여준 L. M. 브레호프스키크 덕분이다.이것은 대부분의 음향 에너지가 [15]해수면 수평 방향 근처에서 전파된다는 것을 설명한다.

이론.

고립된 해양 표면 중력파는 일시적인 [7]음파만을 방출하며 미세 [16]막대를 생성하지 않습니다.

주파수와 방향이 다른 표면파의 2열 상호작용에 의해 파형이 생성된다.거의 같은 방향으로 전파되는 파동의 경우, 이것은 물파의 위상 속도보다 느린 그룹 속도로 이동하는 일반적인 일련의 파동을 제공합니다.10초 정도의 주기를 갖는 일반적인 해파의 경우, 이 그룹 속도는 10m/s에 가깝다.

전파 방향이 반대인 경우 그룹은 훨씬 더 큰 속도로 이동하며, 이는 상호작용하는 물파의 파수와 함께2 2µ1(f1 + f2)/(k1 - k2)가 된다.주파수 차이가 매우 작은 (따라서 파도 수) 파열의 경우, 이 파형의 패턴은 음파와 동일한 수평 속도를 가질 수 있으며, 300 m/s 이상일 수 있으며, 마이크로바를 자극할 것입니다.

반대 방향의 파동에 의해 생성되는 파동군.파란색 곡선은 빨간색과 검은색의 합입니다.애니메이션에서 빨간색과 검은색 점이 있는 볏단을 보세요.이 볏들은 선형 수파의 위상 속도에 따라 움직이지만, 집단은 훨씬 더 빨리 번식합니다.(애니메이션)

지진파와 음향파에 관한 한, 깊은 물속에서의 해파의 움직임은, 선도적인 순서로,[17] 해수면에 가해지는 압력과 동등하다.이 압력은 물 밀도에 파동 궤도 속도를 제곱한 것과 거의 같다.이 정사각형 때문에, 중요한 것은 개별 파행의 진폭 (그림의 빨간색과 검은색 선)이 아니라 합계의 진폭, 즉 파행 그룹 (그림의 파란색 선)입니다.이 "등가 압력"에 의해 생성된 해양 운동은 대기로 전달됩니다.

파군이 음속보다 빠르게 이동하면 전파 방향이 수직에 가까워진 마이크로바가 생성됩니다.

마주보는 파도열차에 의해 만들어진 그룹과 관련된 해양 및 대기 중의 압력장.왼쪽: 대기 중에 비스듬히 전파되는 단파 그룹.오른쪽: 대기 중에 거의 수직에 가까운 전파를 일으키는 긴 파동 그룹.

실제 해양파는 모든 방향과 주파수의 무한대의 파동열차로 구성되며, 광범위한 음파를 제공한다.실제로, 바다에서 대기로의 전달은 수평에서 0.5도 정도의 각도에서 가장 강하다.근수직 전파의 경우 수심은 미세지진처럼 증폭 역할을 할 수 있다.

해파에 의해 마이크로바롬으로 방사되는 고체 각도당 음향 전력.왼쪽: 고도 각도의 함수로 로그 축척(0은 수직).오른쪽: 극좌표의 선형 척도.

수심은 해수면에서[18] 수직으로부터 12° 이내의 전파 방향을 가진 음파에 대해서만 중요하다.

항상 반대 방향으로 전파되는 에너지가 있습니다.하지만, 그들의 에너지는 극도로 낮을 수 있다.유의한 마이크로 기압 발생은 동일한 주파수와 반대 방향으로 상당한 에너지가 존재하는 경우에만 발생합니다.이것은 다른 폭풍의 파동이 상호작용할 때 또는 클랩포티스라고도 알려진 필요한 정상파 [16]상태를 생성하는 폭풍의[19][20] 바람 속에서 가장 강력합니다.[21]해양 폭풍이 열대성 사이클론일 경우, 미세 막대는 풍속이 가장 빠른 안벽 근처에서 생성되지 않고 폭풍 발생 파도가 [22]주변 바다와 상호작용하는 폭풍의 후미에서 생성된다.

마이크로바롬은 또한 [19]두 폭풍 사이에 만들어진 정지된 파도에 의해 생성되거나 바닷물이 해안에서 반사될 때 생성될 수 있다.약 10초 주기의 파장은 외양에 풍부하며 마이크로바롬이 개별 해양파의 두 [19]배 주파수를 나타내기 때문에 관측된 0.2Hz 초저주파 스펙트럼 피크에 해당한다.연구에 따르면 비선형 항을 [9]고려할 때만 커플링이 전파 대기파를 발생시키는 것으로 나타났다.

마이크로바롬은 일반적으로 0.1~0.5Hz 사이의 지속적인 저준위 대기 중 초저음의 [23]한 형태로, 간섭성 에너지 버스트 또는 연속 [11]진동으로 감지될 수 있다.미세 기압 발생원으로부터의 평면파가 근접한 마이크로 기압계의 단계적 배열에서 분석될 때, 발생원 방위각은 [24]발생원 폭풍의 저압 중심을 가리키는 것으로 밝혀졌다.같은 근원으로부터 여러 먼 곳에서 파도를 수신하면 삼각측량을 통해 근원이 바다 [4]폭풍의 중심 부근임을 확인할 수 있다.

하부 열권까지 전파되는 미세 막대는 대기 도파로를 [25]통해 운반되거나, 120km 이하와 150km [19][26]이상의 고도에서 다시 지표면을 향해 굴절되거나, 110~140km의 [27]고도에서 소멸될 수 있다.또한 행성 경계층 효과와 표면 바람에 의해 하부 대류권 표면 근처에 갇히거나, 상층 바람에 의해 성층권에 덕트되어 굴절, 회절 또는 [28]산란을 통해 표면으로 돌아올 수 있다.이러한 대류권 및 성층권 덕트는 지배적인 [26]풍향을 따라 생성되며, 낮과 [28]계절에 따라 달라질 수 있으며, 상풍이 약할 [19]때 음선을 지상으로 되돌리지 않는다.

마이크로 기압선의 입사각에 따라 이러한 전파 모드 중 어떤 것이 발생하는지가 결정됩니다.천정을 향해 수직으로 향하는 광선은 열권 내에서 소산되며, 상층 [27]대기층의 중요한 열원이다.전형적인 여름 조건의 중위도에서는 [29]귀환 신호가 먼저 강하게 감쇠되는 125km 이상의 고도에서 수직으로부터 약 30도에서 60도 사이의 광선이 반사된다.얕은 각도로 발사된 광선은 [29]중위도에서는 지표면 위로 약 45km, [19]저위도에서는 60~70km의 상부 성층권에서 반사될 수 있다.

마이크로바롬 및 상층 대기

대기 과학자들은 이러한 효과를 마이크로바롬을 이용하여 [25][30][31][32]상층 대기의 역원격 감지에 사용해 왔다.표면에서 반사된 마이크로바롬 신호의 추적속도를 측정하면 음속이 수평이 아닌 수직을 따라 변화한다는 가정이 [29]유효하다면 반사 높이에서의 전파속도를 얻을 수 있다.반사 높이에서의 온도를 충분히 정밀하게 추정할 수 있다면 음속을 측정하여 추적 속도에서 감산할 수 있어 상층 풍속을 [29]얻을 수 있다.이 방법의 장점 중 하나는 연속적으로 측정할 수 있다는 것입니다. 즉석 측정만 할 수 있는 다른 방법은 단기적인 [8]효과로 인해 결과가 왜곡될 수 있습니다.

선원 강도가 알려진 경우 마이크로 기압 진폭에서 추가 대기 정보를 추론할 수 있다.미세 막대는 해양 표면에서 대기를 통해 전달되는 상향 방향 에너지에 의해 생성됩니다.아래로 향하는 에너지는 대양을 통해 해저로 전달되고, 그곳에서 지구의 지각과 결합되어 같은 주파수 [8]스펙트럼을 가진 미세지진처럼 전달된다.그러나 수직에 가까운 광선이 지표로 돌아오지 않는 미세 막대와 달리, 바다의 수직에 가까운 광선만 해저에 [28]결합된다.동일 소스로부터 수신한 마이크로시즘의 진폭을 지진계를 이용해 감시함으로써 소스 진폭의 정보를 도출할 수 있다.고체접지는 일정한 [33]기준범위를 제공하기 때문에 소스로부터의 마이크로시즘의 통과시간이 일정하고, 이동대기를 [8]통과하는 마이크로바롬의 가변통과시간을 제어한다.

「 」를 참조해 주세요.

추가 정보

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레퍼런스

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