에크만 수송

에크만 운송은 에크만 운동 이론의 일부이며, 1902년 Vagn Walfrid Ekman에 의해 처음 조사되었다.바람은 해양 순환의 주요 에너지원이며, 에크만 운수는 바람으로 움직이는 ^[1]해류의 구성요소이다.에크만 수송은 바닷물이 바람을 통해 작용하는 마찰력에 의해 영향을 받을 때 발생합니다.바람이 불면서 해수면에 마찰력을 가해 물기둥의 위쪽 10~100m를 ^[2]끌어당긴다.그러나 코리올리 효과의 영향으로 바닷물은 표면풍 ^[2]방향에서 90° 각도로 이동한다.이동 방향은 반구에 따라 다릅니다. 북반구에서는 풍향에서 시계 방향으로 90°, 남반구에서는 시계 반대 방향으로 ^[3]90° 이동합니다.이 현상은 1890년대 ^[4]북극 탐험 중 바람 방향에 대한 각도로 얼음 수송이 일어난 것으로 보인다고 기록한 Fridtjof Nansen에 의해 처음 발견되었다.에크만 수송은 세계 해양의 생물 지구 화학적 특성에 큰 영향을 미친다.이것은 대량 보존 법칙을 준수하기 위해 상승(Ekman 흡입)과 하강(Ekman 펌핑)으로 이어지기 때문입니다.대량 보존은 에크만 이동과 관련하여 지역 내에서 치환된 모든 물을 보충해야 한다.바람의 ^[1]패턴에 따라 에크만 흡입과 에크만 펌핑 중 하나로 할 수 있습니다.

이론.

에크만 이론은 물살이 바람의 운동량 전달만으로 움직인다면 순환의 이론적인 상태를 설명한다.물리적 세계에서는 여러 동시 전류 구동력(예: 압력 및 밀도 경사)의 영향으로 인해 이러한 현상을 관찰하기가 어렵습니다.다음 이론은 기술적으로 풍력만을 포함하는 이상적인 상황에 적용되지만, 에크만 운동은 표면층에서 ^[5][6]보이는 순환의 바람 구동 부분을 설명한다.

코리올리 힘과 바람과 ^[7]물에 의해 발생하는 항력 사이의 균형으로 인해 표면 전류가 바람에 대해 45° 각도로 흐릅니다.바다가 수직으로 얇은 층으로 나뉘면, 속도가 지표면의 최대값에서 소멸될 때까지 감소한다.그 방향은 또한 각각의 후속 층(북반구 오른쪽, 남반구 왼쪽)에 걸쳐 약간 이동한다.이것은 에크만 ^[8]나선이라고 불립니다.표면에서 이 소용돌이의 소멸 지점까지의 물의 층을 에크만 층이라고 합니다.에크만 층을 통과하는 모든 흐름이 통합될 경우, 순 운송은 북반구(남반구)^[3]의 표면 바람의 오른쪽(왼쪽)에서 90°에 이른다.

메커니즘

에크만 흡입 또는 펌핑으로 이어지는 바람의 패턴은 크게 세 가지가 있습니다.첫 번째는 ^[1]해안선과 평행한 바람의 패턴입니다.코리올리 효과로 인해 지표수는 풍류에 대해 90° 각도로 이동한다.바람이 해안에서 물을 끌어내는 방향으로 움직이면 에크만 흡인이 됩니다.^[1]한편, 지표수가 해안선을 향해 이동하는 바람이라면 에크만 펌핑이 이루어집니다.^[1]

에크만 이동을 일으키는 두 번째 풍류의 메커니즘은 적도 북쪽과 남쪽 모두에서 지표수를 ^[1]극지방으로 끌어당기는 무역풍이다.적도의 북쪽과 남쪽에서 물이 빨려들어가기 때문에 적도에서 많은 양의 상승 에크만 흡인이 있다.이는 물의 분화로 이어져 에크만 흡인, 즉 ^[9]용승으로 이어진다.

에크만 이동에 영향을 미치는 세 번째 바람 패턴은 외양의 ^[1]대규모 바람 패턴입니다.개방된 해양 바람 순환은 축적된 해수 표면수의 순환 구조물로 이어져 해수면 ^[1]높이의 수평 구배를 초래할 수 있다.이 물의 더미는 중력과 질량 균형에 대한 개념으로 인해 물을 아래로 흘려보내고 흡입하게 합니다.에크만은 중앙 대양에서 아래로 펌핑하는 물의 ^[1]수렴의 결과이다.

에크만 흡입

에크만 흡인은 ^[9]에크만 수송의 구성 요소로서 물의 분화로 인해 상승 지역이 생기는 것입니다.대량 보존의 개념으로 돌아가면, 에크만 운송으로 대체되는 모든 물은 보충되어야 한다.물이 갈라지면서 공간을 만들고, 깊은 바닷물을 위로 끌어올리거나 상승시킴으로써 공간을 채우기 위한 흡입구 역할을 합니다.^[9]

에크만 흡인은 용승으로 이어지기 때문에 그 지역의 생물 지구 화학적 과정에 큰 영향을 미칩니다.용승은 영양소가 풍부하고 차가운 심해수를 유포틱 지대로 운반하여 식물성 플랑크톤의 개화를 촉진하고 매우 생산적인 ^[10]환경을 조성합니다.상승 지역은 어업의 진흥으로 이어지며, 사실 세계 어획량의 거의 절반이 ^[11]상승 지역에서 나온다.

에크만 흡인은 해안선과 외양 모두에서 일어나지만 적도에서도 일어난다.캘리포니아, 중앙아메리카, 페루의 태평양 해안선뿐만 아니라 아프리카의 대서양 해안선을 따라 해류가 적도 쪽으로 ^[1]이동하면서 에크만 흡입으로 인해 상승하는 지역이 있습니다.코리올리 효과로 인해 지표수는 풍류의 왼쪽으로 90° 이동하며(남반구는 적도 쪽으로 이동하면서), 따라서 물이 해안 경계에서 갈라져 에크만 흡인으로 이어진다.또한 극지방의 동풍과 아극지방의 편서풍이 만나는 에크만 흡입의 결과로 상승하는 영역과 북동쪽 무역풍이 ^[1]적도를 따라 남동쪽 무역풍과 만나는 지역이 있다.마찬가지로 코리올리 효과로 인해 지표수는 풍류의 왼쪽으로(남반구) 90° 이동하고 지표수는 이러한 경계를 따라 분산되어 질량을 보존하기 위해 상승한다.

에크만 펌프

Ekman Pumping은 물의 ^[9]수렴으로 인해 하류 지역이 발생하는 Ekman 운송의 구성요소입니다.위에서 설명한 바와 같이, 질량 보존의 개념은 지표수 더미를 아래로 밀어내야 한다.이 따뜻하고 영양분이 부족한 지표수의 더미는 물기둥 아래로 수직으로 펌핑되어 ^[1]하류 지역이 됩니다.

에크만 펌핑은 주변 환경에 극적인 영향을 미칩니다.에크만 펌핑으로 인해 하류는 영양분이 부족한 물로 이어져 해당 ^[11]지역의 생물학적 생산성을 떨어뜨립니다.또한, 따뜻한 산소가 풍부한 지표수가 깊은 ^[11]바닷물을 향해 펌핑되면서 열과 용존산소를 물기둥 아래로 수직으로 운반합니다.

에크만 펌핑은 외양뿐만 아니라 해안가에서도 볼 수 있습니다.남반구 태평양 연안을 따라 북풍은 ^[1]해안선과 평행하게 이동한다.코리올리 효과로 인해 지표수가 풍류의 왼쪽으로 90° 끌어당겨 물이 해안 경계를 따라 수렴되어 에크만 펌핑이 이루어집니다.외양에서는 에크만 펌핑이 회오리 ^[1]바람과 함께 일어납니다.구체적으로는 20°N에서 50°N 사이의 서브트로픽에서는 교환풍이 편서풍으로 이동함에 따라 지표수가 ^[1]축적되면서 Ekman 펌핑이 이루어진다.

수학적 유도

공정을 해결 가능한 수준으로 단순화하기 위해 공정과 관련된 유체 역학의 몇 가지 가정이 이루어져야 합니다.Ekman의 가정은 다음과 같다.^[12]

• 경계가 없습니다.
• 무한히 깊은 물
• 와상 점도 A $displaystyle A_{z$는 일정합니다(이것은 층류일 경우에만 해당).난류 대기 및 해양 경계층에서는 심도의 강력한 함수이다.
• 바람의 힘이 일정하고 오랫동안 불고 있다.
• 지질학적 흐름이 없는 바로트로픽 조건
• 코리올리 파라미터 $displaystyle$ f$,\!$는 일정하게 유지됩니다.

x방향과 y방향의 코리올리력에 대한 간단한 방정식은 다음과 같은 가정에 따라 달라집니다.

(1) ${\displaystyle {1}{\rho}}{\frac _{x}{\frac z}=-fv,}$

(2) ${\displaystyle {1}{\rho}}{\frac _{y}{\display z}=fu,}$

여기서 $displaystyle$\displaystyle \$rho \!)$는 바람의 응력,{\(\$displaystyle \rho \!)$은 밀도,u(\$displaystyle$ u$,\!)$는 동서 속도,v(\$displaystyle$ v$,\!)$는 남북 속도입니다.

각 방정식을 전체 Ekman 층에 걸쳐 통합:

${\displaystyle _{x}=-M_{y}f,}$

${\displaystyle _{y}=M_{x}f,,}$

어디에

${\displaystyle M_{x}=\int _{0}^{z}\rho udz,}$

${\displaystyle M_{y}=\int _{0}^{z}\rho vdz.\,}$

여기서 Mx(\$displaystyle$ M_${x},\!)$ 및 My(\$displaystyle M_{y},\!)$는 단위 길이당 질량 단위를 갖는 구역 및 순환 대량 운송 용어를 나타냅니다.일반적인 논리와는 달리, 북남풍은 동서 방향으로 대량 수송을 ^[13]일으킨다.

물기둥의 수직속도 구조를 이해하기 위해 수직와점도항으로 식 1, 2를 개서할 수 있다.

${\displaystyle\frac_{x}}=\rho A_{z}{\frac {{2}u}{\frac z^{2}},\!}$

${\displaystyle\frac_{y}}=\rho A_{z}{\frac {{2}v}{\frac z^{2}},\!}$

여기서 z$displaystyle A_{z},\!)$는 수직 와점도계수입니다.

이것은 형태의 미분 방정식 세트를 제공한다.

${\displaystyle A_{z}{\frac ^{2}u}{\frac z^{2}}=-fv,\!}$

${\displaystyle A_{z} {\frac ^{2}v} {\fac z^{2}} = fu,\!}$

이 2개의 미분방정식의 시스템을 풀기 위해 두 가지 경계조건을 적용할 수 있다.

• ( u ,v ) → 0 {style {($u,v)\to$ 0$}$ (z → -）、 { $display$style {$z\to$- $infty }$ ) 。
• 마찰은 자유 표면에서의 바람 응력과 같습니다( z = 0 {$displaystyle$ z$=0,\!}).$

Y 방향으로만 바람이 부는 것을 고려함으로써 상황을 더욱 단순화할 수 있습니다.즉, 결과는 북-남풍과 관련된다(다른 방향의 바람과 관련지어 이러한 솔루션이 생성될 수 있다).^[14]

(3) $디스플레이 스타일 { displaystyle } u_{E}&=\pm V_{0}\cos\frac {4}+{\frac {D_{E}}z\right}\exp \frac {D_{E}}z\right,\v_{E}&=V_0\frac\frac\frac\frcsin}\frc$

어디에

• uE(\$displaystyle u_{E},\!}$ 및 v E$displaystyle v_{E},\!)$는 u 및 v 방향의 Ekman 운송을 나타냅니다.
• 등식 3에서 플러스 부호는 북반구에, 마이너스 부호는 남반구에 적용한다.
• ${{displaystyle V_{0}=syslogfrac {\syslogrt {2}}\pi \pi _ {y\eta }}{D_{E}\rho f }};,\!}$
• § $(\displaystyle$ \displaystyle $_{y$\eta},\!)는 해면에 대한 바람의 응력입니다.
• D E = π ( 2 A zf )1 /2 ( \ $displaystyle$ D$_$ { E }$=$ \ $pi$ \$left$ \ $frac${$2A$ _ { z}} { f } } ^{ 1/ $2$} , \ !}는 Ekman 깊이(Ekman 층의 깊이)입니다.

이를 z=0에서 해결하면, 표면 전류가 북반구(남반구)의 바람의 오른쪽(왼쪽)에 45도(예상대로) 있다는 것을 알 수 있다.이것은 또한 규모와 ^[14]방향 모두에서 에크만 나선의 예상 모양을 제공한다.이러한 방정식을 에크만 층에 통합하면 순 에크만 운송 항이 북반구(남반구) 바람의 오른쪽(왼쪽)에 90도 있다는 것을 알 수 있다.

적용들

• 에크만 수송은 연안 융기로 이어지는데, 이것은 지구상에서^[15] 가장 큰 어업 시장에 영양분을 공급하고 대륙붕으로 ^[16][17]따뜻한 깊은 물을 끌어당김으로써 남극 빙상의 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.이러한 체제의 바람은 해안과 평행하게 분다(예: 남동쪽에서 바람이 부는 페루 해안과 북서쪽에서 바람이 부는 캘리포니아 해안).에크만 운송에서 지표수는 북반구(남반구 왼쪽)에서 풍향 오른쪽으로 90°의 순 이동을 한다.표층수는 해안에서 흘러내리기 때문에 ^[18]아래로부터의 물로 대체해야 한다.얕은 연안 해역에서는 일반적으로 에크만 소용돌이가 완전히 형성되지 않고 용승 현상을 일으키는 바람의 발생은 비교적 짧다.이것은 상승의 정도에 많은 변화를 가져오지만, 그 아이디어는 여전히 일반적으로 적용할 ^[19]수 있다.
• 에크만 수송은 적도 상승에서도 마찬가지로 작용하며, 양쪽 반구에서는 서쪽을 향한 무역풍 성분이 극을 향한 물의 순수송을 일으키고, 동쪽을 향한 무역풍 성분이 ^[15]극에서 떨어진 물의 순수송을 일으킨다.
• 소규모에서는 사이클론 바람이 에크만 수송을 유도하여 순발산과 상승 또는 에크만 ^[15]흡인을 유도하는 반면, 반사이클론 바람은 순발산과 하강 또는 에크만^[20] 펌핑을 일으킨다.
• 에크만 수송도 해양 자이나 쓰레기장의 순환의 요인이다.에크만 수송은 모든 위치에서 순환의 중심을 향해 물을 흐르게 하여 경사져 있는 해수면을 형성하고 지질학적 흐름을 시작한다(Colling p 65).Harald Sverdrup은 Ekman 운송을 적용하면서 압력 경사력을 포함시켜 이론을 개발하였다(Sverdrup ^[20]균형 참조).

「 」를 참조해 주세요.

• 에크만 속도 – 풍속 생성에 대한 해양학 공식

메모들

레퍼런스

• Colling, A., Ocean Circulation, Open University 코스팀제2판2001. ISBN 978-0-7506-5278-0
• 에머슨, 스티븐 R.헤지스, John I. (2017).화학 해양학과 해양 탄소 순환.뉴욕, 미국: 케임브리지 대학 출판부.ISBN 978-0-521-83313-4.
• Knauss, J.A., Waebland Press, Physical Oceanography 입문.제2판2005. ISBN 978-1-57766-429-1
• 린드스트롬, 에릭 J. "해양운동: 정의: 바람에 의한 표면류 - 상승 및 하강"oceanmotion.org 를 참조해 주세요.
• Mann, K.H., Lazier J.R., Dynamics of Marine Ecosystems, Blackwell Publishing.제3판, 2006년ISBN 978-1-4051-1118-8
• 밀러, 찰스 B.휠러, 패트리샤 A생물 해양학 (제2판)와일리-블랙웰이요ISBN 978-1-4443-3302-2.
• 퍼가몬 프레스, G.L. 폰드와 피커드, 다이내믹 해양 입문제2판1983. ISBN 978-08-028728-7
• 사르미엔토, 호르헤 L., 그루버, 니콜라스(2006).해양 생물 지구 화학적 역학.프린스턴 대학 출판부ISBN 978-0-691-01707-5.
• 스버드럽, K.A., 덕스버리, A.C., 덕스버리, A.B., 맥그로힐 세계해양개론제8판2005. ISBN 978-0-07-294555-3

외부 링크

• 에크만 수송이란 무엇입니까?