등밀도면혼합 (isopycnal mixing)
쉽게 풀면
성층된 바다에서 밀도가 같은 층을 따라 이동하는 것은 부력에 거스르지 않기 때문에 상대적으로 쉽게 일어나며, 이런 수평에 가까운 방향의 혼합을 등밀도면혼합이라 부릅니다. 이 혼합은 주로 중규모 소용돌이의 소용돌이 확산에 의해 이루어지며, 등밀도횡단혼합보다 훨씬 강하게 일어나는 것이 일반적입니다. 해양 순환 모델에서는 이 두 종류의 혼합을 서로 다른 방식으로 계산해야 실제 해양의 물질 수송을 정확하게 재현할 수 있습니다.
왜 중요한가
등밀도면혼합은 등밀도횡단혼합보다 훨씬 강하게 일어나는 해양 혼합 과정으로, 해양의 물질과 열이 옆 방향으로 어떻게 재분배되는지를 이해하는 데 중요하며, 기후 모델에서 이 과정을 정확히 매개변수화하는 것이 모델 정확도를 좌우하는 핵심 요소로 다뤄집니다. 등밀도면혼합 계수는 흔히 수백에서 수천 m²/s 수준으로, 등밀도횡단혼합 계수보다 자릿수가 여러 단계 크게 나타나 두 혼합이 해양 물질 수송에 기여하는 비중이 근본적으로 다름을 보여줍니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
컴퓨터 모델에서 옆 방향 혼합을 조절하는 값을 바꿔가며 실제 관측된 물덩어리 분포와 더 잘 맞도록 모델을 조정했다는 의미입니다.
등밀도면혼합이 물질 확산 경로로 작용함을 보여준다.
조금 더 깊게 보면
등밀도면혼합은 주로 소용돌이의 회전 운동에 의해 이루어지는데, 이 혼합 과정을 명시적으로 해상도가 낮은 기후 모델에 반영하기 위해 다양한 매개변수화 기법(젠트-매크윌리엄스 방식 등)이 개발되어 활용되고 있습니다. 해양모델에서는 등밀도면을 따라 물질을 퍼뜨리는 레디(Redi) 등밀도면 확산과, 등밀도면 경사를 완만하게 만드는 젠트-매크윌리엄스(GM) 두께 확산을 함께 모수화해 중규모 소용돌이 효과를 표현합니다.
주의할 점
등밀도면혼합은 실제로는 등밀도면을 완벽하게 따르지 않는 경우도 있어, 이상적인 등밀도면 개념과 실제 물의 이동 경로 사이에는 항상 어느 정도 차이가 존재합니다.
등밀도면혼합의 세기는 소용돌이 운동에너지가 큰 멕시코만류나 쿠로시오 주변 해역에서 특히 강하게 나타나 지역별 편차가 매우 큽니다.
젠트-매크윌리엄스 계수는 지역에 따라 고정된 상수로 두기보다, 최근에는 소용돌이 운동에너지 관측치에 비례해 공간적으로 변화시키는 방식이 더 현실적인 것으로 평가됩니다.