拡散対流における階段形状の進化

二重拡散対流 (DDC) は、最も重要な垂直混合プロセスのひとつです。それは、層状水の列の垂直方向の密度分布がコンポーネントが異なる分子拡散¹をある反対の方向の 2 つ以上のスカラー部品勾配によって制御されるときに発生します。それは広く海洋²雰囲気³、地質学⁴、天体物理学⁵、材料科学⁶冶金⁷、および建築工学⁸で発生します。DDC は、世界の海洋のほとんど半分で現在、海洋のマルチ スケール プロセスとも気候変動⁹に対する重要な効果です。

DDC の主に 2 つのモードがある: 塩の指 (SF) と拡散対流 (DC)。SF は、暖かく、塩辛い水固まり成層環境でクーラー、新鮮な水を覆います。暖かく、塩辛い水は冷たい、新鮮な水の下にある、DC が形成されます。DC の顕著な特徴は、水温・塩分・密度の鉛直分布が階段のようより均一に対流する層と薄く、強く成層界面によって構成されることです。DC は高緯度の海や北極海や南極海などのいくつかの内部の salt 湖で主にオホーツク海、紅海、アフリカのキブ湖¹⁰発生します。北極海の流域と永続的な DC 階段上部と深い海^11,12が存在します。それは深層海洋上層の混合に重要な影響を及ぼすし、氷の融解、最近海洋コミュニティ¹³より多くの興味をそそりますに大きく影響があります。

DC 階段構造最初 1969年¹⁴で、北極海で発見されました。その、パッドマン ・ ディロン¹⁵後、ティンメルマンスら。¹¹、Sirevaag & Fer¹⁶周・魯¹²、ガスリーら。¹⁷Bebieva ・ ティンメルマンスは¹⁸、およびワイスマンら。¹⁹測定垂直方向を含む北極海の異なる流域で DC 階段と対流層とインターフェイス、深さと、階段の総厚さの水平スケール垂直伝で DC プロセスメソ渦と階段構造の時空変遷。シュミットら。²⁰ゾンマーら²¹は、キブ湖の微細構造プロファイラーを用いて DC 階段を観察しました。彼らは主要な構造機能および DC の熱流束を報告、既存のパラメトリック式で測定した熱フラックスを比較します。コンピューターの処理速度を向上させると DC のシミュレーションが行われている最近、たとえば、インターフェイスを確認する構造と不安定性、インターフェイスを通じて熱伝達層の結合イベント^22,23,24。

フィールド観測、海洋学者の海 DC の理解を大幅に強化が、測定は強く中間海洋流れ環境と楽器によって制限されます。たとえば、DC インターフェイスは、非常に小型の垂直方向のスケールをいくつか湖や海で²⁵、0.1 m よりも薄いといくつかの特別な高解像度の器具が必要があります。実験では、DC の基本的な動的・熱力学的法則を探究することに独特な利点を示しています。室内実験と DC 階段の進化を観察、温度と塩分濃度測定、海洋アプリケーション^26,27のいくつかのパラメーター化を提案できます。さらに、研究室の実験では、制御パラメーターと条件が容易に調整必要に応じて。たとえば、ターナーは最初 1965 年に実験室で DC 階段をシミュレートし、頻繁に更新され、その場で海洋観測^{28 で広く使用されて拡散界面熱伝達のパラメーター化を提案}.

本稿で詳細な実験的プロトコルと DC 階段を下から加熱成層の食塩水で生成、開発および消失を含むの進化プロセスをシミュレートする説明です。水温・塩分は、影絵を用いた監視されている DC 階段と同様、マイクロ スケール装置によって測定されます。実験のセットアップ、進化プロセス、データ分析、および結果の検討は、詳細で説明されます。初期と境界条件を変えることによって現在の実験設定とメソッドを海洋の水平対流、深海熱水噴火、表層混合層の深化の効果などの他の海洋現象をシミュレートするために使用できます。潜水艦が海洋循環上の地熱です。