Figura 1. 'La noche estrellada' de Van Gogh y el 'Océano perpetuo' creado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Un equipo de investigación de KAIST ha informado algunas de las características únicas y las fuerzas impulsoras detrás de la turbulencia geofísica submesoescala. El uso de análisis de macrodatos sobre las corrientes de la superficie del océano y las concentraciones de clorofila observadas mediante radares y satélites costeros ha permitido comprender mejor los procesos oceánicos en escalas espaciales y temporales de O (1) kilómetro y O (1) hora. Los resultados de este trabajo conducirán a un mejor seguimiento de los materiales transmitidos por el agua y al rendimiento en los modelos de predicción climática global y regional.
En 2012, La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos (NASA) lanzó un clip de película llamado "Perpetual Oceans, "que visualizó la circulación oceánica obtenida a partir de observaciones de la altura de la superficie del mar derivadas de un altímetro satelital durante dos años y medio. Cuando la película se lanzó al público, recibió mucha atención porque los patrones de circulación eran sorprendentemente similares a "La noche estrellada" de Vincent van Gogh.
"Océanos perpetuos" está lleno de patrones de flujo vortical que describen los movimientos turbulentos oceánicos a mesoescala (una escala de 100 km o más). Mientras tanto, El profesor Sung Yong Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica y su equipo se centraron en el estudio de la turbulencia oceánica a sub-mesoescala (escalas de espacio y tiempo de 1 a 100 km y horas).
Los procesos sub-mesoescalares son importantes porque contribuyen al transporte vertical de trazadores oceánicos, masa, flotabilidad, y nutrientes y rectificar tanto la estructura de capas mixtas como la estratificación del océano superior. Estos estudios de procesos se han basado principalmente en simulaciones numéricas porque las mediciones oceánicas tradicionales in situ pueden tener una capacidad limitada para resolver las estructuras horizontales y verticales detalladas de estos procesos.
Figura 2. Un diagrama esquemático de las cascadas de energía en direcciones hacia adelante y hacia atrás y la escala espacial donde se inyecta la energía. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
El equipo realizó un gran análisis de datos en observaciones por hora de mapas de corrientes de la superficie del océano de un año y mapas de concentración de clorofila de cinco años. obtenidos de instrumentos de teledetección como los radares costeros de alta frecuencia (HFR) y las imágenes de color oceánico geoestacionario (GOCI) para examinar las características únicas de los procesos oceánicos submesoescalares.
El equipo analizó el cambio de pendiente de los espectros de energía del número de onda de las observaciones en términos de estaciones y direcciones de muestreo. A través del análisis, El equipo demostró que la cascada de energía (un fenómeno en el que la energía a gran escala se transfiere a la energía a pequeña escala o viceversa durante el tránsito de energía turbulenta) ocurre en la escala espacial de 10 km en las direcciones hacia adelante e inversa. Esto es impulsado por la inestabilidad baroclínica en contraposición a la frontogénesis impulsada por remolinos de mesoescala en la escala de O (100) km basada en las circulaciones regionales submesoescalares observadas.
Este trabajo contribuirá a la parametrización de fenómenos físicos de sub-mesoescala en el campo del modelado global de alta resolución dentro de la física oceánica y el cambio atmosférico y climático. Basado en la comprensión del principio de circulación superficial sub-mesoescalar, las aplicaciones prácticas pueden derivarse más para la radiactividad, recuperación de derrames de petróleo, y seguimiento de contaminantes marinos.
Figura 3. Una instantánea del mapa de concentración de clorofila derivado de imágenes de color oceánico geoestacionario (GOCI) frente a la costa este de Corea que presenta varios ejemplos de flujos turbulentos sub-mesoescalares. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Es más, los datos utilizados en esta investigación se basaron en observaciones a largo plazo sobre corrientes superficiales sub-mesoescalares y concentraciones de clorofila, lo que puede reflejar los procesos submesoescalares generados activamente en el frente subpolar frente a la costa este de Corea. Por eso, este estudio puede ser potencialmente beneficioso para análisis integrados de macrodatos utilizando corrientes de superficie derivadas de radares costeros de alta resolución y productos derivados de satélites y motivar la investigación interdisciplinaria entre la física y la biología de los océanos.
Esta investigación se publicó como dos artículos complementarios en el Revista de investigación geofísica:océanos el 6 de agosto 2018.
Figura 4. Espectros de energía de las corrientes superficiales derivadas de HFR y concentraciones de clorofila derivadas de GOCI y la variabilidad temporal de las pendientes de desintegración espectral en las direcciones transversal y a lo largo de la costa. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
