해양의 혼합 및 난류

수 센티미터 이하 규모의 난류는 거대한 해류가 할 수 없는 일을 조용히 수행합니다. 즉, 밀도 표면을 가로질러 열, 염분, 영양분, 운동량을 혼합하고 궁극적으로 전체 해양의 심층 순환을 유지합니다.

Definition

해양 혼합은 열, 염분, 운동량과 같은 특성이 작은 규모의 난류 운동에 의해 비가역적으로 전달되는 현상이며, 난류는 이러한 전달을 생성하는 혼란스러운 3차원 유체 운동입니다.

Scope

이 주제는 바람, 대류 및 전단에 의한 난류 발생; 표면 혼합층의 구조 및 유입; 주로 내부파 파괴에 의해 유도되는 내부의 밀도약층(등밀도선 횡단) 혼합; 이중 확산 과정; 그리고 해양 및 기후 모델에서 혼합의 매개변수화를 다룹니다.

Core questions

• 표층과 성층화된 내부에서 난류를 생성하는 과정은 무엇입니까?
• 난류는 혼합층의 깊이와 특성을 어떻게 결정합니까?
• 밀도 높은 심층수가 표면으로 되돌아갈 수 있도록 하는 밀도약층 혼합의 속도를 무엇이 제어합니까?
• 해결되지 않은 규모에서 작용하는 혼합을 대규모 해양 모델에서 어떻게 나타낼 수 있습니까?

Key theories

전단 불안정성과 리처드슨 수

성층화된 전단 흐름은 속도 전단의 불안정화 효과가 성층화의 안정화 효과를 극복할 때 난류가 되며, 이는 낮은 기울기 리처드슨 수에 의해 예측되는 전이입니다.

심해 혼합의 에너지론

관찰된 심해 성층화와 전복을 유지하려면 전 지구적인 혼합 에너지 공급이 필요하며, 이는 주로 바람과 거친 지형 위에서 파괴되는 내부 조석에 기인합니다.

Mechanisms

바람 응력과 표면 냉각은 상부 해양을 거의 균질한 층으로 혼합하는 대류와 전단을 생성합니다. 내부에서는 리처드슨 수가 전단 불안정성을 유발할 만큼 충분히 낮아지는 곳에서 내부파가 성장하고 가파르게 변하며 파괴되어 밀도 표면을 가로질러 물을 혼합하는 난류 패치를 생성합니다. 이러한 누적 효과는 밀도 높은 심층수를 상승시키고 전복 순환을 완성합니다.

Clinical relevance

혼합은 햇빛이 비치는 표층수로의 영양분 공급, 즉 일차 생산을 결정하고, 해양이 열과 탄소를 흡수하는 속도를 제어하며, 해결하기보다는 매개변수화해야 하므로 기후 예측에서 가장 큰 불확실성 원인 중 하나입니다.

History

멍크(Munk)의 1966년 저서 『심해 레시피(Abyssal Recipes)』는 심해의 성층화를 유지하는 데 필요한 혼합량에 대한 문제를 제기했습니다. 1970년대 이후의 미세구조 측정은 추적자 방출 실험과 1998년 멍크-분쉬(Munk-Wunsch) 에너지론 프레임워크로 절정에 달했으며, 혼합이 전 지구적 순환에 대한 중심적이고 에너지 제한적인 제어 요소임을 확립했습니다.

Key figures

• Walter Munk
• Carl Wunsch
• Lewis Fry Richardson

Seminal works

• thorpe2005
• munkWunsch1998

Frequently asked questions

심해 혼합이 기후에 왜 중요합니까?

혼합은 차갑고 밀도 높은 심층수가 천천히 위로 되돌아오게 하여 열과 탄소를 재분배하는 전 지구적 전복 순환을 완성합니다. 그 속도는 해양이 기후 변화를 완충하는 방식에 강하게 영향을 미칩니다.

해양 혼합을 위한 에너지는 어디에서 옵니까?

대부분은 표면에 부는 바람과 거친 해저 지형 위에서 파괴되는 내부파를 유도하는 조석에서 오며, 이는 대규모 에너지를 소규모 난류로 전환합니다.