Pencampuran dan Turbulensi di Lautan

Turbulensi pada skala sentimeter dan di bawahnya secara diam-diam mencapai apa yang tidak dapat dilakukan oleh arus besar: ia mengaduk panas, garam, nutrisi, dan momentum melintasi permukaan densitas dan pada akhirnya menopang pembalikan dalam seluruh lautan.

Definition

Pencampuran laut adalah transfer ireversibel sifat-sifat seperti panas, garam, dan momentum oleh gerakan turbulen skala kecil, sementara turbulensi adalah gerakan fluida tiga dimensi yang kacau yang menghasilkan transfer ini.

Scope

Topik ini mencakup pembangkitan turbulensi oleh angin, konveksi, dan geser; struktur dan entrainment lapisan campuran permukaan; pencampuran diapycnal (lintas-isopycnal) di interior yang sebagian besar didorong oleh gelombang internal yang pecah; proses difusi ganda; dan parameterisasi pencampuran dalam model laut dan iklim.

Core questions

• Proses apa yang menghasilkan turbulensi di lapisan permukaan dan di interior yang terstratifikasi?
• Bagaimana turbulensi menentukan kedalaman dan sifat-sifat lapisan campuran?
• Apa yang mengontrol laju pencampuran diapycnal yang memungkinkan air dalam yang padat kembali ke permukaan?
• Bagaimana pencampuran, yang bekerja pada skala yang tidak terpecahkan, dapat direpresentasikan dalam model laut skala besar?

Key theories

Ketidakstabilan geser dan bilangan Richardson

Aliran geser terstratifikasi menjadi turbulen ketika efek destabilisasi dari geser kecepatan mengatasi efek stabilisasi dari stratifikasi, sebuah transisi yang diprediksi oleh bilangan Richardson gradien yang rendah.

Energetika pencampuran abisal

Mempertahankan stratifikasi dalam dan pembalikan yang diamati membutuhkan pasokan energi pencampuran global, yang sebagian besar berasal dari angin dan pasang surut internal yang pecah di atas topografi kasar.

Mechanisms

Tegangan angin dan pendinginan permukaan menghasilkan konveksi dan geser yang mencampur laut bagian atas menjadi lapisan yang hampir homogen; di interior, gelombang internal tumbuh, menajam, dan pecah di mana bilangan Richardson cukup rendah untuk ketidakstabilan geser, menghasilkan bercak-bercak turbulensi yang mencampur air melintasi permukaan densitas. Efek kumulatifnya mengangkat air dalam yang padat dan menutup sirkulasi pembalikan.

Clinical relevance

Pencampuran mengatur pasokan nutrisi ke perairan permukaan yang tersinari matahari dan dengan demikian produksi primer, mengontrol seberapa cepat laut menyerap panas dan karbon, dan merupakan salah satu sumber ketidakpastian terbesar dalam proyeksi iklim karena harus diparameterisasi daripada diselesaikan.

History

Abyssal Recipes Munk tahun 1966 mengajukan masalah berapa banyak pencampuran yang dibutuhkan untuk mempertahankan stratifikasi laut dalam; pengukuran mikrostruktur dari tahun 1970-an dan seterusnya, yang berpuncak pada eksperimen pelepasan pelacak dan kerangka kerja energetika Munk-Wunsch tahun 1998, menetapkan pencampuran sebagai kontrol sentral yang terbatas energi pada sirkulasi global.

Key figures

• Walter Munk
• Carl Wunsch
• Lewis Fry Richardson

Seminal works

• thorpe2005
• munkWunsch1998

Frequently asked questions

Mengapa pencampuran laut dalam penting bagi iklim?

Pencampuran memungkinkan air dalam yang dingin dan padat untuk perlahan-lahan naik ke atas, menutup sirkulasi pembalikan global yang mendistribusikan kembali panas dan karbon; lajunya sangat memengaruhi bagaimana laut menyangga perubahan iklim.

Dari mana energi untuk pencampuran laut berasal?

Sebagian besar berasal dari angin yang bertiup di permukaan dan dari pasang surut yang mendorong gelombang internal yang pecah di atas topografi dasar laut yang kasar, mengubah energi skala besar menjadi turbulensi skala kecil.