해양 파도와 내부파

파도는 물의 대량 이동 없이 해양을 가로질러 에너지를 전달합니다. 바람에 의해 생성된 표면파와 멀리까지 전파되는 너울에서부터 성층화된 해양 깊은 곳의 밀도 경계면을 따라 물결치는 훨씬 크고 느린 내부파에 이르기까지 다양합니다.

Definition

해양 파도는 해수면을 따라(표면파) 또는 성층화된 내부의 밀도 경계면을 따라 전파되는 진동성 교란입니다. 이는 중력에 의해 복원되며, 가장 큰 파도의 경우 지구 자전에 의해 변형됩니다.

Scope

이 주제는 표면 중력파(풍파 및 너울)의 생성, 분산 및 전파, 그 성장, 붕괴 및 천수 효과를 다룹니다. 또한 성층화된 해양에서의 내부 중력파 물리학(내부 조석 포함)과 이러한 파도가 에너지 수송 및 혼합을 유도하는 역할에 대해서도 다룹니다.

Core questions

• 풍파는 어떻게 성장하고, 너울로 분산되며, 해양 분지를 가로질러 이동하는가?
• 깊은 물과 얕은 물에서 파도의 주기, 파장, 속도를 연결하는 분산 관계는 무엇인가?
• 내부파는 밀도 성층화에서 어떻게 발생하며, 왜 표면파보다 훨씬 큰가?
• 붕괴하는 표면파와 내부파는 어떻게 에너지를 난류와 혼합으로 전달하는가?

Key theories

선형 파동 분산

작은 진폭의 표면 중력파는 긴 파도가 더 빠르게 이동하는 분산 관계를 따르므로, 폭풍에 의해 생성된 스펙트럼은 발생원에서 멀리 전파되면서 질서 있는 너울로 정렬됩니다.

성층화된 해양의 내부파

안정적으로 성층화된 해양에서 부력은 관성 주파수와 부력 주파수 사이에 주파수가 있는 내부 중력파의 복원력으로 작용하여, 내부를 통해 수직 및 수평으로 전파될 수 있게 합니다.

Mechanisms

바람은 해수면에 에너지와 운동량을 전달하여 다양한 파도 스펙트럼을 형성하고, 이 파도들은 긴 파도가 짧은 파도보다 빠르게 이동하며 분산되어 너울을 형성합니다. 파도가 얕은 물로 진입하면 천수 효과가 발생하고, 가팔라지며, 붕괴되어 에너지를 방출합니다. 내부파는 조류와 해류가 지형 위를 흐를 때 생성되며, 성층화를 따라 전파되다가 붕괴되어 내부 혼합을 유도합니다.

Clinical relevance

파도 예측은 해운, 해양 공학 및 해안 재해 경고에 매우 중요하며, 붕괴하는 내부파는 심해의 성층화와 전복 순환을 유지하는 데 필요한 혼합의 상당 부분을 제공합니다.

History

수파의 수학적 이론은 19세기에 에어리(Airy)와 스토크스(Stokes)에 의해 개발되었습니다. 20세기 중반 뭉크(Munk) 등이 파도 예측과 전 해양에 걸친 너울 전파를 발견한 연구와 하셀만(Hasselmann)의 스펙트럼 파도 이론은 현대 파도 과학을 확립했습니다.

Key figures

• George Gabriel Stokes
• Walter Munk
• Klaus Hasselmann

Seminal works

• talley2011
• kundu2015

Frequently asked questions

해상(sea)과 너울(swell)의 차이점은 무엇인가요?

해상은 국지적인 바람에 의해 여전히 구동되는 짧고 불규칙한 파도를 의미하며, 너울은 발생한 폭풍을 벗어나 해양을 가로질러 멀리 이동한 더 부드럽고 긴 주기의 파도입니다.

내부파가 표면파보다 훨씬 큰 경우가 많은 이유는 무엇인가요?

내부파는 큰 공기-물 대비가 아닌 수층 간의 작은 밀도 차이를 따라 전파되므로 복원력이 약하고, 파도는 수면 아래에 숨어 있으면서도 수십 미터 높이에 도달할 수 있습니다.