바람

Jun 07, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5915(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

내부파는 바다에서 많은 양의 에너지를 함유하고 있으며 난류혼합의 중요한 원천입니다. 해양 혼합은 물, 열, 탄소 및 기타 추적자의 수직 이동을 유도하기 때문에 기후와 관련이 있습니다. 따라서 생성부터 소멸까지 내부파의 수명주기를 이해하는 것은 기후 모델에서 해양 혼합 표현을 개선하는 데 중요합니다. 여기에서는 바람이 현재 피드백을 통해 내부 파동을 감쇠시키는 데 중요한 역할을 할 수 있다는 북동 태평양의 지역적 현실적인 수치 시뮬레이션의 증거를 제공합니다. 이는 연구 지역의 관성 주파수에 가까운 주파수에서 풍력 입력의 67%를 감소시키는 결과를 가져옵니다. 풍류 피드백은 또한 내부 조수에 대한 순 에너지 흡수원을 제공하여 평균 0.2mW/m\(^2\)의 속도로 에너지를 제거합니다. 이는 Mendocino 능선에서 발생하는 지역 내부 조수 생성의 8%에 해당합니다. 이 에너지 싱크의 시간적 변동성과 모드 분포도 조사되었습니다.

해양 순환은 운동량, 열, 담수의 경계 플럭스뿐만 아니라 천문학적 조수 잠재력에 의해 대규모로 강제됩니다. 이러한 강제력의 변동성은 해양에 에너지를 제공하며 해양의 움직임은 광범위한 공간적, 시간적 규모에 걸쳐 있습니다. 그러나 기후 평형은 이러한 에너지원의 소멸을 통해서만 도달할 수 있습니다. 미래 기후 시나리오에 대한 해양 반응을 이해하려면 소실 경로를 이해하고 정량화해야 합니다.

해양 내부에서 혼합되는 한 가지 경로는 내부 파동을 깨뜨리는 것입니다1. 내부 파동(IW)은 실제로 큰 에너지 저장소를 나타냅니다. 전 지구적 규모에서 약 1TW는 천문학적으로 강제된 기압조에서 내부 조수(IT)라고도 불리는 내부 조석 파도로 변환됩니다2,3,4. 이러한 변환은 주로 해양 능선과 해산에서 발생합니다. 또한 0.3-1.4 TW는 고주파 풍력 강제5,6,7로부터 근관성 내부파(NIW)로 변환됩니다. IW는 세대부터 파동-파동 상호작용8,9 및 와동파 상호작용10,11,12,13,14,15,16과 같은 다양한 프로세스를 통해 규모에 걸쳐 에너지를 교환하고 재분배합니다. 에너지가 충분히 작은 규모에 도달하면 불안정성을 통해 혼합이 발생합니다.

IW는 기후 예측에 사용되는 현재의 최첨단 CMIP(Coupled Model Intercomparison Project, Meehl et al.17) 모델에서 해결할 수 없으므로 IW가 해양 지구 순환과 평균 상태에 미치는 영향은 다음과 같습니다. 매개변수화됨 IW 구동 혼합의 매개변수화가 최근 수십 년 동안 많은 연구의 주제였음에도 불구하고 다양한 추정은 생성, 플럭스의 발산 및 소실18 사이의 에너지 균형에 의존합니다. 여기서 일반적으로 에너지는 바다에서 소산된다고 가정됩니다. 따라서 해양 혼합에 사용할 수 있습니다. 지금까지 IW 에너지를 감쇠시키는 바람의 역할에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않았습니다.

그러나 최근 연구에 따르면 바람은 바람에 대한 전류 피드백(CFB)을 통해 활발한 해양 특성을 약화시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 저주파에서 바람 응력은 중규모 소용돌이19,20,21,22,23 및 하위규모 소용돌이24에 대한 에너지 흡수원을 제공합니다. 최근 연구에서는 이 중규모 에너지 싱크가 전체 깊이 통합 와류 운동 에너지의 20-35%를 나타내는 \(\sim\) 28 GW21과 \(\sim\) 50 GW23,25 사이의 글로벌 규모로 추정됩니다. 고주파수에서는 주로 관성 운동에 초점을 맞춘 연구는 거의 없습니다. 근관성 주파수 대역의 순 에너지 입력 감소는 글로벌 규모에서 0.21TW(평균 60%에 해당)로 추정됩니다28. 우리가 아는 한, 초관성 주파수에서 CFB의 효과를 보고한 연구는 두 개뿐입니다. Flexas et al.29는 지구의 세 가지 다른 지역(Kurushio, Kergelen 지역 및 북동부 지역)에서 반일주 및 더 높은 주파수의 운동 에너지 플럭스가 0에서 − 0.9 mW/m\(^2\) 사이로 변하는 것으로 추정했습니다. 대서양). 그러나 이는 다른 모델을 통해 확증되어야 하며 기본 프로세스에 대해서는 추가 조사가 필요합니다. 특히, 이 모든 연구에서 사용된 응력의 공식화는 결합 모델에서 발생하는 바람의 부분적인 재에너지화를 고려하지 않습니다22. Renault와 Marchesiello30는 영국 해협의 결합 시뮬레이션에서 조류가 대기를 끌어당겨 낮은 고도의 조석 바람을 생성할 수 있으며, 이는 반일주 주파수에서 음의 운동 에너지 플럭스를 암시한다는 것을 보여주었습니다. 이러한 결합은 영국 해협과 같은 대륙붕에서 강한 속도 특성을 갖는 기압조류에 기인합니다. 그러나 IT에 대한 바람의 영향은 논의되지 않았습니다.

200 km), in agreement with previous studies44. At smaller scales (10–200 km) and low frequencies ( < 1 day\(^{-1}\)), namely the meso- and submesocale ranges, the wind act as an energy sink for the ocean, removing energy at a rate of − 0.05 mW m\(^{-2}\). This phenomenon is known as “eddy killing”20,21,22,25. At smaller scales (10–200 km) and higher frequencies (>1 day\(^{-1}\)), the wind also act as an energy sink (− 0.2 mW m\(^{-2}\)). This is particularly so in the near-inertial frequency band, in accordance with previous studies26,28. It is also the case at the main tidal harmonics (in particular at the \(\sim\) 12 h period corresponding to the M\(_2\) semi-diurnal tide and at the \(\sim\) 6 h harmonic), and along the dispersion curves for linear waves. Note also the presence of negative wind power at the two main tidal frequencies: diurnal and semi-diurnal at large scale (> 500 km), which correspond to the signature of barotropic tides, consistently with Renault and Marchesiello30. This super-inertial “IW killing” (by analogy with the eddy killing) is shown here with an unprecedented remarkable signature./p> 1.74\times 10^{-5}\) cps), which are mostly dominated by tidal frequencies, we compute the corresponding wind power \(\overline{{\textbf{u}}'\cdot \varvec{\tau }'}\), where \({\textbf{u}}\) is the surface horizontal velocity vector and \(\varvec{\tau }\) is the wind stress vector. We compare this power with the energy source for internal tides given by the barotropic to baroclinic conversion \(\overline{\int _{-H}^\eta W'b'dz}\), where W is the barotropic vertical velocity, b is the buoyancy anomaly, \(-H\) is the depth of the ocean and \(\eta\) the position of the free surface relative to the mean sea level (Fig. 4). Here, the overbars correspond to a one-year average and the primes correspond in both cases to a combination of a temporal Butterworth band-pass filter with cutoff periods at 4 and 14 h, and a spatially uniform highpass filter with a cutoff scale of 180 km, referred to as F-4 h-14 h-180 km in what follows. This filter has a spectral footprint shown by the blue box in Fig. 2. Note that the cutoff length scale is above the first baroclinic mode wavelength (\(\sim\) 160 km), that the filter used is relatively sharp in spectral space and that the absolute values of conversion and wind power have been found to be slightly sensitive to the choice of the filter scales, but that the ratio between them is not (not shown)./p>

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1175%2F1520-0477%282000%29081%3C0313%3ATCMIPC%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 17" data-doi="10.1175/1520-0477(2000)0812.3.CO;2"Article ADS Google Scholar /p>

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