Karakteristika for submesoscale geofysisk turbulens

Et KAIST-forskerhold har rapporteret om nogle unikke egenskaber og drivkræfter bag submesoskala geofysisk turbulens. Brug af big data-analyse af havoverfladestrømme og klorofylkoncentrationer observeret ved hjælp af kystradarer og satellitter har bragt en bedre forståelse af oceaniske processer i rum- og tidsskalaer på O(1) kilometer og O(1) time. Resultaterne af dette arbejde vil føre til forbedret sporing af vandbårne materialer og ydeevne i globale og regionale klimaforudsigelsesmodeller.

I 2012 United States National Aeronautics and Space Administration (NASA) udgav et filmklip kaldet "Perpetual Oceans, " som visualiserede havcirkulation opnået fra satellithøjdemåler-afledte havoverfladehøjdeobservationer over to et halvt år. Da filmen blev udgivet til offentligheden, den fik stor opmærksomhed, fordi cirkulationsmønstrene var slående lig "The Starry Night" af Vincent van Gogh.

"Perpetual Oceans" er fuld af hvirvelstrømsmønstre, der beskriver de oceaniske turbulente bevægelser på mesoskala (en skala på 100 km eller større). I mellemtiden Professor Sung Yong Kim fra Institut for Maskinteknik og hans team fokuserede på studiet af oceanisk turbulens på sub-mesoskala (rum- og tidsskalaer på 1 til 100 km og timer).

Sub-mesoskala processer er vigtige, fordi de bidrager til den vertikale transport af oceaniske sporstoffer, masse, opdrift, og næringsstoffer og rette op på både den blandede lagstruktur og lagdelingen i det øvre hav. Disse processtudier har primært været baseret på numeriske simuleringer, fordi traditionelle in situ havmålinger kan begrænses i deres evne til at løse de detaljerede horisontale og vertikale strukturer af disse processer.

Holdet udførte big data-analyse på timeobservationer af etårige havoverfladestrømkort og femårige klorofylkoncentrationskort, opnået fra fjernmålingsinstrumenter såsom kysthøjfrekvente radarer (HFR'er) og geostationære havfarvebilleder (GOCI) for at undersøge de unikke egenskaber ved oceaniske submesoskala processer.

Holdet analyserede hældningsændringen af ​​bølgetalsenergispektrene for observationerne med hensyn til sæson og prøvetagningsretninger. Gennem analysen, holdet beviste, at energikaskade (et fænomen, hvor energi i stor skala overføres til energi i lille skala eller omvendt under den turbulente energitransit) forekommer i den rumlige skala på 10 km i fremadgående og omvendte retninger. Dette er drevet af baroklinisk ustabilitet i modsætning til den mesoscale hvirveldrevne frontogenese på O(100) km skalaen baseret på de observerede regionale submesoscale cirkulationer.

Dette arbejde vil bidrage til parametrisering af fysiske fænomener af sub-mesoskala inden for global højopløsningsmodellering inden for oceanfysik og atmosfæriske såvel som klimaændringer. Baseret på forståelsen af ​​princippet om sub-mesoscale overfladecirkulation, praktiske anvendelser kan yderligere udledes for radioaktivitet, genvinding af olieudslip, og sporing af havforurenende stoffer.

I øvrigt, de data, der blev brugt i denne forskning, var baseret på langsigtede observationer af sub-mesoskala overfladestrømme og koncentrationer af klorofyl, hvilket kan afspejle de submesoskala processer, der aktivt genereres i den subpolære front ud for Koreas østkyst. Derfor, denne undersøgelse kan potentielt være gavnlig for integrerede big data-analyser ved hjælp af højopløselige kystradar-afledte overfladestrømme og satellit-afledte produkter og motivere tværfaglig forskning mellem havets fysik og biologi.

Denne forskning blev offentliggjort som to ledsagende artikler i Journal of Geophysical Research:Oceans den 6. august 2018.