Laboratory Experiments on Rotating Two-layered Fluid in Circular Annulus

Circular Annulus 대 회전 이층유체 실험

The purpose of this study is to investigate the baroclinic response of the upper-layer of two-layered fluid when the lower-layer motion is driven by pumping an external fluid into the lower-layer or by pumping out the lower-layer fluid. Recent observations of the barotropic nature of deep water movements in the East Sea (fakematsu et al., 1994; KORDI, 1997) may suggest a possibility of interaction between the upper and lower layer via interface tilting. For homogeneous fluid, steady and axisymmetric source or sink causes axisymmetric geostrophic flow, and the lower-layer motion in two-layered fluid was similar to homogeneous flow. But as Rossby number (${\varepsilon}$) or internal Froude number ($f_2$) increases, the lower-layer motion was affected by the interface tilting. The interface tilting calculated based on the observed azimuthal velocities of upper- and lower-layers becomes greater as $f_2$ increases. In other words, the increase of the $f_2$ changes the barotropic system to baroclinic system.

본 이층 유체 실험의 목적은 하층유체가 외부유체의 유입 유출로 움직일 때 그에 따른 상층유체의 경압적인 응답을 연구하는 것이다. 최근에 관측된 용해 심층해류의 순압성 특성(Takematsu et al., 1994; 한국해양연구소, 1997)을 고려할 때 상층은 이러한 동해 심층수의 움직임을 경계면의 변형을 통해 느낄 수 있을 것이다. 본 실험은 이러한 경계면의 변형에 영향을 주는 요인들을 연구함으로써 전체적인 동해의 해수순환 혹은 국지적인 해수순환을 파악하고자 하였다. 정상적(steady)인 축대칭의 유입 혹은 유출실험은 균질 유체의 경우, 축대칭의 지형류를 야기시키며 이층유체의 하층유체 흐름도 유사한 특성을 가졌다. 그러나 로스비 수(${\varepsilon}$) 혹은 내부 프라우드 수($f_2$)가 증가하면서 하층유체의 운동은 경계면 변형에 영향을 받았다. 상층유체의 최대속도는 ${\varepsilon}f_2$에 매우 의존적이며, 그 흐름은 거의 포물선 형태를 보였다. 관찰된 상 하층유체의 속도로부터 계산된 경계면의 기울기는 ${\varepsilon}f_2$에 따라 커졌다. 즉 ${\varepsilon}f_2$의 증가는 이층유체가 순압적인 구조에서 경압적인 구조로 바뀌게 하였다.