강 플룸

River plume
코도르 강 플룸

강 플룸하천 방류량염수 해수를 혼합한 결과 바다에 형성된 신선수질량이다.[1] 강 깃털은 세계의 많은 지역의 해안 지역에서 형성된다. 강 플룸은 일반적으로 넓지만, 날카로운 밀도 구배를 경계로 한 얕은 해수면 층을 차지한다. 강의 수조 면적은 수심보다 3-5배 더 넓기 때문에 방류율이 1~10m/s인 작은 강조차도 수평적 공간 범위가 10~100m인 강 수조를 형성한다. 세계에서 가장 큰 강에 의해 형성된 강 플럼의 면적은 약 100–1000 km이다2. 비교적 적은 양의 총 담수 유출량에도 불구하고, 강 플룸은 세계 해양선반 면적, 즉 수 백만 평방 킬로미터의 21%를 차지한다.[2]

강 플럼이 민물 영향 지역(ROFI)으로 언급되는 경우도 있지만, 복수의 선원이 구역의 담수 입력에 추가되는 지역이나 얕고 마찰성 선반에 대해 이 용어를 사용하는 것이 바람직하다.[1] ROFI와 강 플럼은 시간적 및 공간적 척도에서 차이가 있다. 강 연석은 해안으로 흘러들어오는 강물의 방류로 인해 발생하는 부력수질량으로 확인할 수 있으며, 주간마다 시냅스 시간대에 따라 변한다.[3]물의 가장자리에서 질량 혼합이 일어나 강 연석에 인접한 지역을 형성하는데, 이 지역은 탁 트인 바다에 비해 희석되고 신선하지만 뚜렷한 경계선을 가지고 있지 않다. 이 확장된 지역은 민물 영향 지역인 ROFI라고 불린다.[3] ROFI는 담수 방류의 간접적인 영향 때문에 강 유역의 역학 및 공간적 확장을 포함하지만 일반적으로 계절적, 연간 및 퇴폐적 시간 계산에 따라 평가된다.[3]

과정

강 깃털은 지구와 지역의 육지간 상호작용에 중요한 역할을 한다. 하천 방류대양부력, 열, 토착 퇴적물, 영양소, 인공 오염 물질의 큰 흐름을 제공한다. 강 플룸은 해수의 층화, 해류, 탄소 및 생물 지질화학 주기, 1차 생산해저 형태학 등 연안 및 선반 해역의 많은 물리적, 생물학적, 지질 화학적 과정에 강한 영향을 미친다.[1]

강 플룸은 시간적, 공간적 스케일의 범위가 넓은 공정에 의해 영향을 받는 역동적인 시스템으로, 하구의 크기와 모양은 물론 하구바다의 힘줄의 종류와 변화에 따라 달라진다. 해저 삼각주의 플룸에 의해 침전된 침전물삼각주의 기하학 사이의 피드백 메커니즘은 복잡한 시스템을 만든다. 이러한 복잡성 때문에 입자의 움직임과 강 플럼의 구조에 대한 정량적 예측 가능성을 제공하는 일반적이고 단순한 이론이 (yet) 존재하지 않는다.[1] 그러나 단순화된 가정을 포함하는 일부 이론은 부력에 영향을 받는 해안 흐름의 중요한 측면을 이해하는 데 도움을 주었다.[4] 일반적으로 유체 역학에서 사용되는 것과 같이, 이러한 복잡한 흐름의 설명은 관련 프로세스를 결정하기 위한 스케일 분석의 도움을 받는다. 개별 하천 유역의 구조와 규모를 정의하는 주요 변수는 담수 방류, 조력 에너지, 해안선 욕조/지오메트리, 주변 해류, 바람 및 지구/코리올리스 회전이다.[1]

구조

중요한 프로세스 간의 균형은 플룸의 위치에 따라 다르다. 소스 영역, 리프토프 지점, 전면 및 근거리 필드 영역으로 구분할 수 있다. 플룸 그 자체를 넘어 그 영향권 안에 중간 영역과 극지 영역이 있다.[1]

위에서 바라본 강 유역의 도식적 구조. 호너-데바인(2015년)[1]에서 각색

소스 영역

수원지나 에스타린 지역에서는 하구에서 유입되는 담수의 부력추진력이 강 플룸의 시작을 결정하는 지배적인 성질이다. 강에 의한 층화와 조수 혼합의 경쟁은 강 플룸의 특성들을 설정한다. 대회는 (무감장) 리처드슨 번호로 포획할 수 있으며, 이 번호 I E= g Q R t {tidal}}}}}}}}}}}}}}}}}:{3[5]

In the estuarine Richardson number, reduced gravity is the gravitational acceleration due to density difference between fresh river water and saline ocean water, is the river discharge, 하구 폭이며 조력 속도다. 큰 에스타린 리처드슨 수(즉, 민물 공정이 조수 영향에 비해 우세함을 나타내며, 강 플룸의 개발을 기대할 수 있다.[1]

리프토프 포인트

강한 리버라인 강제력의 경우, 종종 큰 에스타린 리처드슨 숫자를 가지고 플룸의 앞부분이 바닥과 분리된다.흐름 분리가 발생하는 위치를 리프토프 지점이라고 하며 근거리 영역의 육지 방향 가장자리를 설정한다. 이 점은 지표면 부착 강 연두에서 중요하다.[6][7]

근거리 지역

근거리에서는 플룸의 추진력이 부력보다 크다. 이 균형은 (차원 없는) Froude 수 Froude =/ , 에 나타나며, 근거리장에서는 1보다 크며, 초임계 흐름을 나타낸다. 플룸 전방의 리프토프 지점과 외측 경계는 모두 임계 유량 조건( =1 1으로 특징지어지며, 근거리 영역의 흐름은 제트기와 유사한 특징을 보인다.[8] 모멘텀 밸런스바ot방성 바로클린 압력 구배, 난류 전단 응력 및 흐름 가속도가 지배한다. 흐름 감속은 주로 주변 바다와의 플룸 접점에 대한 전단 응력에 의해 발생한다. 어떤 경우에는 근거리 지역이 존재하지 않을 것이다. 를 들어 강 하구의 폭이 로스비 변형 반경에 비해 큰 경우, L = / 담수 유입으로 강 하구는 원야 플룸으로 남게 된다. 조수가 클 때 근거리 플룸은 조수 플룸으로도 알려져 있다.[9]

미드필드 지역

근거리 관성 제트기가 지리적 또는 풍력 구동 프로세스가 지배적인 흐름으로 이동하는 영역이 미드필드 영역이다. 미드 필드의 모멘텀 밸런스는 지구 회전(코리올리), 크로스 스트림 내부 압력 구배, 때로는 구심 가속도가 지배한다. 원천으로부터의 유출의 초기 추진력은 상실되고, 바람의 강제력(또는 작은 바람의 강제력의 경우 지구의 자전)이 점차 가장 중요한 매개 변수로 작용하고 있다. 이에 따라 흐름은 속도와 방향, 확산 패턴을 바꾸고 있다. 풍력의 영향이 작을 때, 유출은 때때로 재순환 불량을 형성할 수 있지만,[1][6] 현장 관측에서 그러한 특성의 증거는 불충분하다.[10]

원거리 지역

근원지에서 훨씬 더 멀리 떨어진 곳에는 플룸이 유출 모멘텀에 대한 기억을 모두 잃어버린 원지가 있다. 원장의 운동량 균형은 지구(코리올리), 부력, 풍력강화, 바닥스트레스가 지배한다. 이 원전은 근원에서 수백 킬로미터까지 넓은 지역을 커버할 수 있다. 원거리 지역의 주간/반일주 변동성은 일반적으로 조수에 의해, 풍력에 의한 시냅스 변동성이며 계절 변동성은 하천 방류에 의해 결정된다. 강한 바람의 강제력과 강한 다른 해류가 없는 경우, 원야 플룸은 켈빈 파동 방향으로 비교적 신선한 물의 전류로 작용할 수 있다. 예를 들어, 이것은 라인 ROFI에서 관찰될 수 있는데, 라인 ROFI에서는 강 플룸을 네덜란드 해안을 따라 추적할 수 있다.[11] 얕은 바다의 경우, 전류가 물기둥 전체를 차지하고 그 움직임이 바닥 마찰에 의해 영향을 받는 경우, 수직 크기가 수심보다 작은 표면 부착 플룸의 경우 이 해안 전류의 특성이 다르다.[1][6]

애독

가장 기본적이고 이상적인 수준에서 강 플럼은 표면 부착 또는 바닥 부착으로 분류될 수 있다.[6][12] 플룸은 표면에서 해저까지의 전체 물기둥을 차지할 때 바닥 첨가로 간주된다. 이 경우에 그것의 층화는 특히 침대 근처에 있는 전체 물기둥에 대한 강한 부착의 결과로서 주로 수평이다. 표면 부착 플룸은 수직 크기가 깊이보다 작기 때문에 바닥과 상호작용하지 않는다. 이 경우 플룸은 주로 수직으로 층화되어 있다. 이 두 가지(이상화된) 유형의 강 플럼 사이의 차이는 얀코프스키와 채프먼이 1997년부터 논문에서 설정한 바와 같이 일련의 매개변수를 평가함으로써 이루어질 수 있다.[6] 지표면에서의 공정에 의해 담수강 플룸이 쉘프 전체에 걸쳐 운반되는 거리는 다음과 같이 정의된다.

= + i + v }}}{{{0v_

이 정의에서 소스 영역과 근거리 제트 i 코리올리스 f g g이(가) 중요한 과정이다.[6] 는 강/하구 수열의 깊이로 정의된다. 리프토프 지점까지, 플룸은 여전히 바닥과 바닥 부착 플럼을 "감기"하며, 바닥 역학을 수반하는 관련 프로세스를 설명해야 한다.[13] 전 세계에서 가장 큰 강물이 형성하는 강연기의 수직 스케일은 10~20m인 반면, 대부분의 강연기의 수직 스케일은 수m 미만이다. 그 결과, 세계의 대부분의 강 플룸은 표면 부착된 부분 즉, 이들 플룸의 리프토프 지점 이전에 하구 부근의 하구 부착 부분이 표면 부착된 부분보다 훨씬 작다. 하층부가 큰 강 플룸은 주로 카스피해 북부의 볼가 플룸과 같이 얕은 해역으로 유입되는 큰 강에 의해 형성된다.

바닥 부착 플럼

하부 부속 강 연석의 도식적 구조, 상단 뷰. 얀코프스키와 채프먼(1997)에서 각색했다.[6]
하부 부속 강 연석의 개략적인 구조, 측면도. 얀코프스키와 채프먼(1997)에서 각색했다.[6]

바닥 부착 플럼은 방출 조건이 큰 것이 특징이며 일반적으로 풍력 강제력과 그에 상응하는 부착 및 혼합에 덜 민감하다.[6] 이러한 유형의 부속은 하부 Ekman 운송에 의해 추진되며, 이 운송은 밀도 i {\}와 속도 L 깊이 의 하구에서 전방 구역으로 유입된다.lf. 이것은 오른쪽 그림에 표시된다. 전면 구역이 해안에서 충분히 멀리 떨어져 있을 때 열풍 역학으로 전체 볼륨 플럭스를 하구에서 멀리 운반할 수 있다. 연안 전류의 폭을 나타내는 육지 횡단 위치 y 와 플룸이 바닥에서 분리되는 평형 h b 는 평형 에서 다음과 같이 계산할 수 있다.

= v 0

= ( i h0 - ){\{i0}-[6]

는 h > 0 가) 있을 때만 유효하다는 점에 유의하십시오. < 가 있을 때 하단 Ekman 층은 강 유출을 연안으로 운송할 수 없으며 다른 프로세스가 전파를 관리해야 한다. 이 경우 표면 부착된 플룸만 발견된다.[6][7]

표면 부착 플럼

지표면 부속 강 플룸의 개략적 구조, 상단 뷰. 얀코프스키와 채프먼(1997)에서 각색했다.[6]
지표면 부속 강 연무의 개략적 구조, 측면도. 얀코프스키와 채프먼(1997)에서 각색했다.[6]

표면 부착 플럼은 이전에 정의한 < 의 조건이 충족될 때 발생한다. 표면 부착 플룸은 단면 강 플룸 구조에서 설명한 대로 강 플룸의 전형적인 구조를 가지고 있다. 하구 부근에서는 하천유출의 초기 모멘텀이 지배적인 메커니즘으로, 그 후에는 풍력강화, 코리올리스 등의 다른 과정이 지배적이다. 표면 첨가 플룸 공정에서 바닥 Ekman 층의 개발과 같은 바닥과의 상호작용에 관한 것은 관련이 없다. 따라서 정의된 매개변수 는 물리적 근거가 없으므로 이 접근법에서 무시할 수 있다.[6][7]

중간 플럼즈

소멸한 경우 유입 깊이 h0{\displaystyle h_{0}}깊이 hb{\displaystyle h_{b}보다}, 먼 곳는 최대 바닥 에크만 층은 하천 유량은 거리보다 작다 이동시켜 볼것이로 표면에서 과정이 강 유출, 즉 yb<>를 운반하 sy{\displays 작다.tyl 중간 플룸을 찾을 수 있다. 중간 연석에서는 두 정권 모두를 찾을 수 있다. 자연스레 하구부근에서 하구부근 더 가까이서 볼 수 있고, 표면부근은 더 앞바다에서 찾을 수 있다. 리프토프 지점은 지역을 분리한다.[6][7]

접근방식은 매개변수를 비차원화함으로써 더욱 일반화될 수 있다. 비차원 매개변수는 서로 다른 용어의 크기를 평가하여 관련 프로세스의 역학을 단순화할 수 있는 장점이 있다. 강 기류의 경우, 기본 분류와 다른 역학 관계에 대한 추가 방향을 제시한다. The two most relevant non-dimensional numbers are the Burger number , which expresses the relative importance of buoyancy, and the Rossby number , which expresses the relative importance of advection. 재조립하면 다음과 같은 비차원 육지 횡단 거리 Y 가 된다

.

위에서 논의한 것과 동일한 체제는 비차원 매개변수를 유지한다. 밑단 부착 플럼(b > 0{\ > 는 일반적으로 버거 번호가 작기 때문에 부력은 상대적으로 중요하지 않다. 표면 부착 플럼( b< 은 일반적으로 버거 번호가 크므로 부력이 중요하다. 또한, 로스비 번호는 플룸이 표면 부착 플룸으로 분류되는지 중간 플룸으로 분류되는지 여부를 나타낸다. 버거 번호에 비해 상대적으로 큰 로스비 번호부력에 비해 흡수가 중요하며 최소한 부분적인 하단 흡수가 가능함을 나타내며, 따라서 중간 플럼을 기대할 수 있다.[6][12]

위에서 설명한 계획은 이상적인 경우, 즉 이상적인 욕조 및 해안선과 함께 바다로 유입되는 외부 강제력이 없는 하천 플럼을 위해 개발되었다는 점에 유의하십시오.

조석변동

강 깃털은 시놉틱 시간 척도에 따라 야간에 걸쳐 다양하다.[3] 이 시간적 척도 범위에서 가장 중요한 주기적 변화는 조력 주기 내에 있으며, 조력 주기(일일)와 봄-네프 주기(2주)를 구별할 수 있다.[14] 조수속도와 방향의 이러한 비등방성 변화는 강 연조의 강도와 안정성에 변동을 야기한다.[7] This is already clear from the competition between river discharge and tidal mixing, captured in the (dimensionless) estuarine Richardson number , which is used to assess in a general fashion whether a river plume can deve어떤 제도를 [5]도입하다 조수 역학은 다음과 같은 강 연통의 일반적인 역학으로 이어진다.

조력 주기

플룸 층화의 조석 변화. 썰물을 위한 조수와 홍수 흐름을 위한 조수 혼합

조수간만의 순환은 홍수기 또는 육지방향의 흐름과 썰물기 또는 바다방향의 흐름으로 이루어진다.[15] 지속적인 하천유출 경우 썰물 조건에서는 안정적인 층화, 홍수 조건에서는 불안정한 층화를 찾을 수 있다.[11] 이것은 오른쪽 그림에서 도식적으로 묘사되어 있다. 불안정한 층화로 인해 홍수 조건 중에 발생하는 혼합은 층화와 효율적인 강 플룸 흡수를 약화시키며,[11] 낮은 에스테아린 리처드슨 수치의 상황에서 발생한다.

썰물 상태에서는 층화가 강화된다. 이것은 표면의 안정된 상태와 강한 집착으로 이어진다.[11] 대량 보존 때문에, 이러한 상황은 바닥 근처의 육지 방향 흐름을 강화해야 한다. 이 과정을 조력이라고 한다. 오픈 코스트의 경우, 2차원 효과가 역할을 하기 시작한다. 바라클린식 에크만 수송은 썰물 때는 상승, 홍수 흐름 때는 하강하는 원인이 된다.[5] 따라서 이러한 바로크린 상승 효과는 해안으로 영양소와 침전물을 운반하기 위해 썰물 흐름을 유발할 수 있다.[11]

스프링-니프 사이클

강 플룸 층화를 위한 스프링 티드와 네프티드 극단의 개략도. Valle-Levinson에서 개조(2010)[4]

스프링-니프 사이클에 걸쳐 조석 주기에 대한 바로클린 효과는 조석 주기의 증가 또는 조석 혼합을 증폭시키고 선호한다.[11] 봄 조수는 조수 진폭과 조수 흐름 속도가 비교적 큰 것이 특징이다.[15] 이것은 완전한 조석 주기에 걸쳐 조석 혼합을 증가시키고 층화 약화를 초래한다.[11] 일부 지역에서는 성층화가 완전히 사라져 잘 혼합된 시스템이 만들어지며, 이러한 시스템은 시간의 일부분만 강 플룸을 통합할 수 있다.[7] 오픈 코스트 시스템에서는 일반적으로 봄철 조수 조건이 부력 강 연조로부터 하강 효과를 증가시켜 침전물영양소의 바다 방향 수송을 증가시킨다.[11]

간만의 조수는 조수 진폭과 조수 흐름 속도가 상대적으로 낮은 것이 특징이다.[15] 이러한 상황은 썰물 때 조수 혼합 감소와 조수 주기에 따른 차동 유량 증가로 인해 조수간만의 조수간만의 영향을 선호한다.[11] 조수간만의 강도로 인해, 잽싸게 썰물 조건은 일반적으로 바닥 근처의 육지 방향 유량이 증가하고 해안 상승 효과와 연관되어 있는 것이 특징이다.[11] 극단적인 경우, 이것은 2019년 1월 30일 슈베닝겐 인근 해안에서 불가사리의 대규모 해변 행사처럼 해변에 대규모 퇴적물을 발생시킬 수 있다.[16]

자연적 예

프레이저 강

프레이저 강 플룸

표면 부속 플룸의 예는 프레이저플룸이다. 프레이저 리버 플룸은 우주에서 뚜렷이 보이는 모든 역동적인 지역을 포함하고 있다. 초기 제트기와 같은 구조물은 점차 멀리 떨어진 연석으로 더 멀리 떨어진 곳으로 이동하는데, 코리올리 때문에 북반구에서 예상한 대로 오른쪽으로 꺾인다. 다른 비슷한 강들은 컬럼비아 강, 나이아가라 강, 허드슨 강이다.[1][9]

아마존 강

아마존 강 연석은 지구의 자전이 제 역할을 하지 못하는 강 연통의 예다. 배출량이 많고 에 상응하는 모멘텀이 유출되기 때문에 플룸의 역학관계는 주로 내부 프라우드 번호로 특징지어진다. 주변 전류는 플룸을 입에서 멀리 운반한다.[1][13] 비슷한 깃털은 적도를 따라 발견될 수 있다.

머시 강

머시 강 연무

리버풀 베이 어귀에 있는 머시 리버풀 플룸의 역학 관계는 밑바닥의 플룸과 높은 유사성을 보여준다.[17] 이는 바닥과 바닥 마찰이 흐름에 강한 영향을 미치기 때문이며 이는 육지간 확산과 길이 확장을 제어한다. 이러한 종류의 플룸은 종종 라인 강의 하구에 있는 북해에서와 같이 주변 바다나/또는 선반 바다에서 발견될 수 있다.[1][18]

참고 항목

참조

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외부 링크