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Jul 03, 2023

해빙의 불안정한 파도의 역학

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13654(2023) 이 기사 인용 527 Accesses 7 Altmetric Metrics 세부 정보 북극해와 남해양의 파도와 해빙 특성은 다음과 같이 연결됩니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13654(2023) 이 기사 인용

527 액세스

7 알트메트릭

측정항목 세부정보

북극해와 남빙양의 파도와 해빙 특성은 피드백 메커니즘으로 연결되어 있으므로 이러한 지역의 파도 전파에 대한 이해는 지구 기후 시스템의 핵심 구성 요소를 모델링하는 데 필수적입니다. 해빙의 가장 두드러진 효과는 주파수에 비례하는 비율로 파도가 감쇠된다는 것입니다. 해양 파도의 기본 모델인 비선형 슈뢰딩거 방정식(NLS)은 변조 불안정성(MI)이라고도 알려진 불안정 모드의 전체 성장-쇠퇴 주기를 설명합니다. 여기서는 특징적인 해빙 감쇠를 갖는 소산성 NLS(d-NLS)를 사용하여 불안정한 파도의 진화를 모델링합니다. 그러나 해빙의 MI는 위상 이동 형태로 보존됩니다. 주파수 의존적 소산은 지배적인 왼쪽 측파대와 오른쪽 측파대 사이의 대칭을 깨뜨립니다. 우리는 이 연구가 주파수 의존 에너지 감쇠가 적용되는 파동 시스템에 대한 유사한 연구와 실험에 동기를 부여할 수 있을 것으로 기대합니다.

북극과 남극 해빙은 대규모 공간 규모에 걸쳐 열과 운동량 교환을 조절함으로써 지구 시스템에서 중요한 역할을 합니다1,2,3,4. 해빙 특성은 일년 내내 강렬한 남빙양 파도의 영향을 받아8 수백 킬로미터에 걸쳐 이어지는 남극 대륙 주변의 빙상대(MIZ)5,6,7의 피드백 메커니즘을 통해 해양 파도 특성과 밀접하게 연결되어 있습니다9,10,11 . 기후 변화로 인한 극지방의 급속한 진화12,14,14는 신흥 북극 MIZ16를 포함하여 MIZ7,15의 파동 특성과 피드백을 이해하는 연구 활동을 부활시키고 활력을 불어넣었습니다.

쇄빙선 SA Agulhas에서 본 작은 빙원(1~10m)으로 구성된 MIZ에서 전파되는 남빙양 파도(파도 \(\약 5\)m 및 최대 주기 \(\약 12\)초)의 예 2022년 7월 24일 59\(^\circ\)S 및 1\(^\circ\)E에서 II(시각 참조용 빔 21.7m) 및 다음에서 전파되는 단위 진폭의 단색파에 대한 지수 소산 도식 왼쪽에서 오른쪽으로. 회로도에서 녹색 선은 표면 높이를 나타내고 빨간색 선은 거리에 따라 기하급수적으로 감쇠되는 파동 포락선을 나타냅니다.

해빙 덮개가 작은 유빙(파장보다 훨씬 짧음)과 간극성 프레질 얼음의 혼합으로 구성된 MIZ 외부에서는 그림 1과 같이 점성과 유사한 손실이 주요 파동 감쇠 메커니즘으로 확인되었습니다19 ,21,21. 유석이 더 크고 파장과 비슷한 MIZ 내부에서는 산란에 의한 파동 감쇠가 지배적입니다. 파동 가파름의 선두 차수, 즉 파동 비선형성 매개변수에서 각 파동 구성 요소는 거리에 따라 기하급수적으로 감쇠됩니다(그림 1의 회로도 참조). 주파수 종속 감쇠율19,22,23. 즉, 짧은 파동이 긴 파동보다 더 빨리 감쇠됩니다. 해빙의 파도에 대한 포괄적인 검토를 위해 우리는 독자들에게 Meylan et al.19와 Squire20 및 그 안에 있는 참고 자료를 참조하도록 합니다.

협대역 해양파 역학은 비선형 슈뢰딩거 방정식(NLS)으로 정확하게 설명할 수 있습니다. 큰 진폭과 간섭성 파동의 형성을 담당하고 60년대 후반부터 과학적 관심을 불러일으킨 흥미로운 동적 현상 중 하나는 변조 불안정성(MI)24입니다. 실제로 스토크파의 선형 안정성 분석과 달리 NLS 프레임워크 내에서 완전한 성장 및 붕괴 주기를 설명할 수 있습니다. 최근에는 위상 변이 재발 MI 초점 주기파동 소산이 미치는 영향을 조사하기 위해 여러 연구가 진행되었습니다. 후자의 연구는 일정하고 약한 선형 소산 효과가 작용할 때 비선형 및 불안정한 파동의 장기적인 진화에서 위상 변이 재발을 강조합니다. 즉, NLS는 32,33에서 볼 수 있듯이 선형 진폭의 감쇠율과 일치하는 소산 항으로 점성 손실을 포함하여 파도에 대한 해빙 감쇠의 영향을 수용하도록 조정될 수도 있습니다. 이러한 맥락에서 MIZ34의 해양파 감쇠에서 얼음으로 인한 주파수 의존성을 설명하는 것이 중요하다는 것이 나타났습니다.