A Three-dimensional Spectral Model for the Computation of Wind-induced Flows in a Homogeneous Shelf Sea

취송류 재현을 위한 3차원 스펙트랄모형 개발

A numerical formulation is developed to solve the linear three-dimensional hydrodynamic equations which describes wind induced flows in a homogeneous shelf sea. The hydmdynamic equations are at the outset separated into two systems. namely, an equation containing the gradient of sea surface elevation and the mean flow (external mode) and an equation describing the deviation from the mean flow (internal mode). The Galerkin method is then applied to the internal mode equation. The eigenvalues are determined from the eigenvalue problem involving the vertical eddy viscosity subject to a homogeneous boundary condition at the surface and a sheared boundary condition at the sea bed. The model is tested in a one-dimensional channel with uniform depth under a steady, uniform wind. The analytical velocity profile by Cooper and Pearce (1977) using a constant vertical eddy viscosity in channels of infinite and finite length is chosen as a benchmark solution. The model is also tested in a homogeneous, rectangular basin with constant depth under a steady, uniform wind field (the Heaps' Basin of the North Sea scale).

Heaps(1972)가 사용한 천해균질류에 대한 선형 기본방정식을 수심평균류속과 해수면변리를 계산하는 External mode와 수심변이 유속을 계산하는 Internal mode로 분리시킨 다음, Internal mode식에 Galerkin Method를 적용하였다. Internal mode유속을 수평좌표, 시간에 따라 변하는 계수와 대직좌표에 따라 변하는 Basis function들의 곱의 형태로 선형전개하며, 난류확산계수를 포함하는 2차미분항으로부터 해수면에 Homogeneous boundary condition과 해저면에 Sheared boundary condition이 가해지는 Sturm-Liouville system을 구성, Eigenfunctions 해를 구하여 Basis function으로 사용하였다. 모델의 성능을 검토하기 위하여 수립된 모델을 정상균일풍이 가해지는 1차원 수노에 적용하여 Cooper and Pearce(1977)가 제시한 해저면 비활동조건하의 무한 및 유한수노 연직류원분포에 대한 해석각와 비교하였으며, North Sea 규모의 등수심 장방형 Basin(Heaps' Basin)에 적용하여 정상균일풍에 대한 Heaps(1972)의 계산결과와 비교하였다.