Een KAIST-onderzoeksteam heeft enkele unieke kenmerken en drijvende krachten achter submesoscale geofysische turbulentie gerapporteerd. Het gebruik van big data-analyse van oceaanstromingen en chlorofylconcentraties die zijn waargenomen met behulp van kustradars en satellieten heeft geleid tot een beter begrip van oceanische processen in ruimte- en tijdschalen van O(1) kilometer en O(1) uur. De resultaten van dit werk zullen leiden tot verbeterde tracking van watergedragen materialen en prestaties in wereldwijde en regionale klimaatvoorspellingsmodellen.

In 2012, De National Aeronautics and Space Administration (NASA) van de Verenigde Staten heeft een filmclip uitgebracht genaamd "Perpetual Oceans, " die de oceaancirculatie visualiseerde verkregen uit satelliethoogtemeter-afgeleide waarnemingen van de zeeoppervlakte gedurende twee en een half jaar. Toen de film werd vrijgegeven voor het publiek, het kreeg veel aandacht omdat de circulatiepatronen opvallend veel leken op "De Sterrennacht" van Vincent van Gogh.

"Perpetual Oceans" staat vol met vorticale stromingspatronen die de oceanische turbulente bewegingen op mesoschaal (een schaal van 100 km of groter) beschrijven. In de tussentijd, Professor Sung Yong Kim van de faculteit Werktuigbouwkunde en zijn team richtten zich op de studie van de oceanische turbulentie op sub-mesoschaal (ruimte- en tijdschalen van 1 tot 100 km en uur).

Sub-mesoschaalprocessen zijn belangrijk omdat ze bijdragen aan het verticale transport van oceanische tracers, massa, drijfvermogen, en voedingsstoffen en corrigeren zowel de gemengde laagstructuur als de bovenste oceaanstratificatie. Deze processtudies zijn voornamelijk gebaseerd op numerieke simulaties omdat traditionele in-situ oceaanmetingen beperkt kunnen zijn in hun vermogen om de gedetailleerde horizontale en verticale structuren van deze processen op te lossen.

Het team voerde big data-analyse uit op uurlijkse observaties van eenjarige oceaanoppervlaktestroomkaarten en vijfjarige chlorofylconcentratiekaarten, verkregen uit teledetectie-instrumenten zoals kusthoogfrequente radars (HFR's) en geostationaire oceaankleurenbeelden (GOCI) om de unieke kenmerken van oceanische submesoschaalprocessen te onderzoeken.

Het team analyseerde de hellingsverandering van de golfgetal-energiespectra van de waarnemingen in termen van seizoen en bemonsteringsrichtingen. Door de analyse, het team bewees dat energiecascade (een fenomeen waarbij grootschalige energie wordt overgedragen naar kleinschalige energie of omgekeerd tijdens de turbulente energietransit) plaatsvindt op de ruimtelijke schaal van 10 km in voorwaartse en inverse richtingen. Dit wordt veroorzaakt door baroklinische instabiliteit in tegenstelling tot de mesoschaal wervel-gedreven frontogenese op de O(100) km schaal op basis van de waargenomen regionale submesoschaal circulaties.

Dit werk zal bijdragen aan de parametrisering van fysische fenomenen van sub-mesoschaal op het gebied van globale modellering met hoge resolutie binnen de oceaanfysica en atmosferische en klimaatverandering. Gebaseerd op het begrip van het principe van sub-mesoschaal oppervlaktecirculatie, praktische toepassingen kunnen verder worden afgeleid voor radioactiviteit, herstel van olieramp, en het volgen van mariene verontreinigende stoffen.

Bovendien, de gegevens die in dit onderzoek zijn gebruikt, waren gebaseerd op langetermijnwaarnemingen van sub-mesoschaal oppervlaktestromen en concentraties van chlorofyl, die een weerspiegeling kunnen zijn van de submesoschaalprocessen die actief worden gegenereerd in het subpolaire front voor de oostkust van Korea. Vandaar, deze studie kan mogelijk nuttig zijn voor geïntegreerde big data-analyses met behulp van hoge-resolutie kustradar-afgeleide oppervlaktestromingen en satelliet-afgeleide producten en interdisciplinair onderzoek tussen oceaanfysica en biologie motiveren.

Dit onderzoek werd gepubliceerd als twee begeleidende artikelen in de Journal of Geophysical Research:Oceanen op 6 augustus, 2018.