해양 역학

Ocean dynamics

해양 역학은 해양 내에서 물의 움직임을 정의하고 묘사한다. 해양온도와 운동장은 혼합(표면)층, 상층대양(열선 위), 심층대양의 3개 층으로 구분할 수 있다.

해양 역학은 전통적으로 현장에서 계측기에서 표본을 추출하여 조사해왔다.[1]

혼합층은 표면에서 가장 가깝고 두께가 10미터에서 500미터까지 다양하다. 이 층은 온도, 염도, 용존산소와 같은 성질을 가지고 있는데, 이 성질은 활동 난류의 역사를 반영하여 깊이가 균일하다(대기는 유사한 행성 경계층을 가지고 있다). 혼합층에서는 난기류가 높다. 그러나 혼합층의 기저에는 0이 된다. 난류는 전단 불안정성으로 인해 다시 혼합층의 베이스 아래로 증가한다. 열대외 위도에서 이 층은 표면 냉각과 겨울 폭풍의 결과로 늦은 겨울에 가장 깊으며 여름에는 상당히 얕다. 그것의 역학관계는 Ekman 수송뿐만 아니라 격동의 혼합, 상공의 대기와의 교환, 수평의 부속에 의해 좌우된다.[2]

따뜻한 온도와 활발한 움직임이 특징인 상층 바다는 열대 및 동부 대양의 경우 100m 이하에서 서아열대양의 경우 800m 이상까지 심도가 다양하다. 이 층은 대기와 몇 년의 시간대에 열과 담수와 같은 성질을 교환한다. 혼합층 아래의 상층 바다는 일반적으로 정수 관계와 지온 관계에 의해 지배된다.[2] 열대지방과 해안지방은 예외로 한다.

심해는 대체로 속도가 약하고 춥기도 하고 어둡기도 하다(심해의 제한된 지역은 상당한 재순환을 하는 것으로 알려져 있지만). 심해는 극지방인 북대서양남극 주변의 가라앉는 몇몇 제한된 지리적 지역에서만 상해의 물을 공급받는다. 심해에 물의 공급이 약하기 때문에 심해에 있는 물의 평균 거주 시간은 수백 년으로 측정된다. 이 층에서도 정전기적 관계와 정전기적 관계도 일반적으로 유효하며 혼합은 일반적으로 상당히 약하다.

원시 방정식

해양 역학은 Navier-Stok크스 방정식으로 표현된 뉴턴의 운동 방정식에 의해 지배된다. Navier-Stok크스 방정식은 회전하는 행성의 표면에서 (x,y,z)에 위치하고 그 표면에 상대적인 속도(u,v,w)로 이동한다.

  • 지역 운동 방정식:
  • 경혈 운동 방정식:
  • 수직 운동 방정식(해양이 정수 균형에 있다는 것을 가정함):
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여기서 "u"는 영역 속도, "v"는 경맥 속도, "w"는 수직 속도, "p"는 압력, "p"는 밀도, "T"는 온도, "S"는 염도, "g"는 중력에 의한 가속도, "풍응력"은 코리올리스 파라미터다. "Q"는 바다로 유입되는 열이고, "P-E"는 바다로 유입되는 민물이다.

혼합층 역학

혼합 레이어 역학은 꽤 복잡하지만, 일부 지역에서는 일부 단순화가 가능하다. 혼합층의 바람 구동 수평 전달은 모멘텀의 수직 확산이 코리올리 효과와 바람 응력의 균형을 맞추는 Ekman Layer 역학으로 대략 설명된다.[3]Ekman 수송은 수평 밀도 구배와 관련된 지반성 흐름에 중첩된다.

상부 해양 역학

예를 들어, Ekman 전송 융합에 기인하는 혼합층 내의 수평적 수렴과 분전은 혼합층 아래의 바다가 유체 입자를 수직으로 이동시켜야 한다는 요건을 부과한다. 그러나 지구온난화 관계의 시사점 중 하나는 수평운동의 크기가 수직운동의 크기를 크게 초과해야 한다는 것이다. 따라서 Ekman 운송 컨버전스와 관련된 약한 수직 속도(하루 미터로 측정)는 초당 10cm 이상의 속도로 수평 운동을 일으킨다. 수직과 수평의 속도 사이의 수학적 관계는 회전하는 구체에 있는 액체의 각운동량 보존에 대한 생각을 표현함으로써 도출될 수 있다. 이 관계(몇 가지 추가적인 근사치를 가진)는 해양학자들에게 Sverdrup 관계라고 알려져 있다.[3] 그 시사점으로는 아열대 북대서양과 태평양에서 관측된 에크만 수송의 수평적 융합이 이 두 대양의 내륙을 타고 남하하는 결과가 있다. 서부 경계 전류(만류 및 쿠로시오)는 높은 위도로 물을 되돌리기 위해 존재한다.

참조

  1. ^ "Frontiers of Remote Sensing of the Oceans and Troposphere from Air and Space Platforms". Remote Sensing of Oceanography: Past, Present, and Future. NASA Technical Reports Server. hdl:2060/19840019194.
  2. ^ a b c d DeCaria, Alex J, 2007: "Lesson 5 - 해양 경계층" 펜실베니아 주 밀러스빌 대학의 개인 통신(WP가 아님:RS)[unreliable source?]
  3. ^ a b 피카르, G.L., W.J. 에메리, 1990: 서술적 물리 해양학, 제5판 버터워스 하이네만, 320 pp.