The spatial size and variation of Arctic sea ice play an important role in Earth's climate system. These are affected by conditions in the polar atmosphere and Arctic sea temperatures. The Arctic sea ice concentration is calculated from brightness temperature data derived from the Defense Meteorological Satellite program (DMSP) F13 Special Sensor Microwave/Imagers (SSMI) and the DMSP F17 Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS) sensors. Many previous studies point to significant reductions in sea ice and their causes. We investigated the variability of Arctic sea ice using the daily sea ice concentration data from passive microwave observations to identify the sea ice melting regions near the Arctic polar ice cap. We discovered the abnormal melting of the Arctic sea ice near the North Pole during the summer and the winter. This phenomenon is hard to explain only surface air temperature or solar heating as suggested by recent studies. We propose a hypothesis explaining this phenomenon. The heat from the deep sea in Arctic Ocean ridges and/or the hydrothermal vents might be contributing to the melting of Arctic sea ice. This hypothesis could be verified by the observation of warm water column structure below the melting or thinning arctic sea ice through the project such as Coriolis dataset for reanalysis (CORA).
Kim, Young-Min;Lim, Chang-Min;Gwon, Hyeon-U;Lee, Gun-cheol
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2022.04a
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pp.170-171
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2022
In recent years, due to the occurrence of traffic accidents caused by black ice in winter, the number of personal injuries is increasing rapidly. Black ice is a phenomenon that occurs like a thin layer of ice on the road surface. Accordingly, many developments of heat-generating concrete are being developed to remove ice by increasing the temperature by supplying constant electricity to places where black ice is likely to occur. These heating elements are being developed by mixing a conductive material represented by carbon nanotubes with concrete. However, research up to now has been focused on efficient temperature rise and derivation of the optimum mixing ratio, and the evaluation of maintaining heat generation performance during continuous repetition is insufficient. Therefore, in this study, a heating test specimen was manufactured and 50V power was repeatedly supplied to evaluate the heating characteristics.
Antifreeze proteins (AFPs) have ice binding affinity, depress freezing temperature and inhibit ice recystallization which protect cellular membranes in polar organisms. Recent structural studies of antifreeze proteins have significantly expanded our understanding of the structure-function relationship and ice crystal growth inhibition. Although AFPs (Type I-IV AFP from fish, insect AFP and Plant AFP) have completely different fold and no sequence homology, they share a common feature of their surface area for ice binding property. The conserved ice-binding sites are relatively flat and hydrophobic. For example, Type I AFP has an amphipathic, single ${\alpha}$-helix and has regularly spaced Thr-Ala residues which make direct interaction with oxygen atoms of ice crystals. Unlike Type I AFP, Type II and III AFP are compact globular proteins that contain a flat ice-binding patch on the surface. Type II and Type III AFP show a remarkable structural similarity with the sugar binding lectin protein and C-terminal domain of sialic acid synthase, respectively. Type IV is assumed to form a four-helix bundle which has sequence similarity with apolipoprotein. The results of our modeling suggest an ice-binding induced structural change of Type IV AFP. Insect AFP has ${\beta}$-helical structure with a regular array of Thr-X-Thr motif. Threonine residues of each Thr-X-Thr motif fit well into the ice crystal lattice and provide a good surface-surface complementarity. This review focuses on the structural characteristics and details of the ice-binding mechanism of antifreeze proteins.
In this study, a test system which can test performance of curling pad was developed to support Korea curling team. The developed system consists of a water tank, a mechanical pad driving system that can perform sweeping movement using a curling pad on surface of ice made by the water tank, and temperature sensors monitoring ice and air temperatures. To control the temperature of ice and humidity/temperature of air around the ice, all system are installed in a chamber that can isolate the developed system from external environment. Eight kinds of curling pads were tested using the developed system. Test result showed that each curling pad revealed different rate of ice temperature increasing. The pad with the highest rate of ice temperature rising was found to be the same as the most preferred pad by the athletes. Therefore, it was confirmed that the method of measuring change of ice temperature by the sweeping performed in this study is an effective method to test the performance of the pad.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.7
no.4
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pp.577-588
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1995
A numerical study is made on the melting process of an unconstrained ice inside an isothermal ice-ball capsule. The unmelted ice core is continuously ascending on account of buoyancy forces. Such a buoyancy-assisted melting is commonly characterized by the existence of a thin liquid film above the ice core. The present study is motivated to present a full-equation-based analysis of the influences of the initial subcooling and the natural convection on the fluid flow associated with the buoyancy-assisted melting. In the light of the solution strategy, the present study is substantially distinguished from the existing works in that the complete set of governing equations in both the melted and unmelted regions are resolved in one domain. Numerical results are obtained by varying the wall temperature and initial temperature. The present results reported the transition of the flow pattern in a spherical capsule, as the wall temperature was increased over the density inversion point. In addition, time wise variation of the shapes for the liquid film and the lower ice surface, the time rate of change in the melt volume fraction and the melting distance at symmetric line is analyzed and is presented.
Sea ice which is an important component of the global climate system is being actively detected by satellite because it have been distributed to polar and high-latitude region. and the sea ice detection method using satellite uses reflectance and temperature data. the sea ice detection method of Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), which is a technique utilizing Ice Surface Temperature (IST) have been utilized by many studies. In this study, we propose a simple and effective method of sea ice detection using the dynamic threshold technique with no IST calculation process. In order to specify the dynamic threshold, pixels with freezing point of MODIS IST of 273.0 K or less were extracted. For the extracted pixels, we analyzed the relationship between MODIS IST, MODIS $11{\mu}m$ channel brightness temperature($T_{11{\mu}m}$) and Brightness Temperature Difference ($BTD:T_{11{\mu}m}-T_{12{\mu}m}$). As a result of the analysis, the relationship between the three values showed a linear characteristic and the threshold value was designated by using this. In the case ofsea ice detection, if $T_{11{\mu}m}$ is below the specified threshold value, it is detected as sea ice on clear sky. And in order to estimate the performance of the proposed sea ice detection method, the accuracy was analyzed using MODIS Sea ice extent and then validation accuracy was higher than 99% in Producer Accuracy (PA).
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.352-364
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2017
A novel 3D mathematical model for water film runback and icing on a rotating surface is established in this work, where both inertial forces caused by the rotation and shear forces due to the air flow are taken into account. The mathematical model of the water film runback and energy conservation of phase transition process is established, with a cyclical average method applied to simulate the unsteady parameters variation at angles of attack. Ice accretion on a conical spinner surface is simulated and the results are compared with the experimental data to validate the presented model. Then Ice accretion on a cowling surface is numerically investigated. Results show that a higher temperature would correspond to a larger runback ice area and thinner ice layer for glaze ice. Rotation would enhance the icing process, while it would not significantly affect the droplet collection efficiency for an axi-symmetric surface. In the case at angle of attack, the effect of rotation on ice shape is appreciable, ice would present a symmetric shape, while in a stationary case the shape is asymmetric.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.8
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pp.611-620
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2018
For the past decades, the analytic model for distributed surface roughness has been developed to improve the accuracy of the icing simulation code. However, it remains limitations to validate the developed model and determine the empirical parameters due to the absence of the quantitative experimental data which were focused on the surface state. To this end, the experimental study conducted to analyze the ice covered surface state from a micro-perspective. Above all, the tendency of the smooth zone width which occurs near the stagnation point has been quantitatively analyzed. It is observed that the smooth zone width is increased as growing the ambient temperature and freestream velocity. Next, the characteristics of the ice covered surface under rime and glaze ice have been analyzed. For rime ice conditions, ice elements are developed as the opaque circular corn in the opposite direction of freestream. The height and interval of each circular corn are increased as rising the ambient temperature. For glaze ice conditions, numerous lumps of translucent ice can be observed. This is because the beads formed by gravity concentrate and froze on the lower surface.
Energy Balance Model (EBM) was used to experiment the distribution of surface equilibrium temperature which responds to external forcing associated with the surface characteristics. Surface equilibrium temperature is calculated as sum of incoming solar radiation and latitudinal transport is balanced with outgoing infrared radiation. To treat incoming solar radiation, the source of the earth energy, significantly for energy balance, the experiment for surface equilibrium temperature distribution was performed considering the energy balance with the latitudinal albedo change as well as land and sea distribution. In addition, linear albedo change experiment, arctic albedo 5%, 10%, 15% change experiments and the opposite albedo change experiments between arctic and mid-latitudes were performed using incoming solar radiation as an external forcing. Moreover, with and without ice-albedo feedback experiments were performed. Increasing of arctic albedo is blocked out the incoming solar radiation so that it induces decreasing of latitudinal heat transport. It is strengthened energy transport from low latitudes by keeping arctic low energy states. Therefore the temperature change in the mid-latitudes exhibits larger response than that of arctic due to the difference of transport. The land which has lower heat capacity than sea can be reach to equilibrium temperature shortly. Also land is more sensitive to temperature change with respects to albedo. Thus it induces the thermal difference between land and sea. As a result, the equilibrium temperature exhibits differently as the difference of albedo and heat capacity which are the one of surface characteristics. Surface equilibrium temperature decreases as albedo increase and the ratio of temperature change is large as heat capacity is small. The decreasing of surface equilibrium temperature with respects to increasing of linear albedo is accelerated by ice-albedo feedback. However local change of surface equilibrium temperature decreases non-linearly.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.1
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pp.82-89
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2024
Black ice is very difficult to recognize and reduces the friction of the road surface, causing automobile accidents. Since black ice is difficult to detect, there is a need for a system that identifies black ice in real time and warns the driver. Various studies have been conducted to prevent black ice on road surfaces, but there is a lack of research on systems that identify black ice in real time and warn drivers. In this paper, an real-time image-based analysis system was developed to identify the condition of asphalt road surface, which is widely used in Korea. For this purpose, a dataset was built for each asphalt road surface image, and then the road surface condition was identified as dry, wet, black ice, and snow using deep learning. In addition, temperature and humidity data measured on the actual road surface were used to finalize the road surface condition. When the road surface was determined to be black ice, the salt spray equipment installed on the road was automatically activated. The surface condition recognition system for the asphalt concrete pavement and black ice automatic prevention system developed in this study are expected to ensure safe driving and reduce the incidence of traffic accidents.
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