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  • P-ISSN3022-8719

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  • P-ISSN 3022-8719

해양 연직 혼합의 이중확산 실험을 위한 시뮬레이션

Simulation for double diffusion experiment of ocean vertical mixing

과학과 과학교육 / Journal of Science and Science Education, (P)3022-8719;
2025, v.50 no.2, pp.95-102
https://doi.org/10.23335/JSSE.2025.50.2.95
이한빛(Han Bit Lee)
강솔잎(Sol Ip Kang)
양우헌(Woo Hun Ryang) (전북대학교)
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초록

등밀도 성층 조건에서 이중확산에 의해 형성되는 연직 혼합 구조를 수치 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 비정수압 2차원 연직 단면 모델을 이용하여 열·염분의 분자확산계수 차이를 반영한 Fortran 기반 수치 계산을 수행하였다. 계산 결과는 Python을 활용해 시각화하여 시간에 따른 온도, 염분, 밀도 분포의 변화를 분석하였다. 초기 단계에서는 열 확산이 염분 확산보다 빠르게 진행되며, 경계면 부근에서 온도 요동이 선행적으로 나타났다. 열과 염의 확산 효과로 밀도 구조의 공간적 변동성이 증가하고, 연직 혼합이 점차 발달하는 양상이 확인되었다. 결과적으로 이중확산에 의한 연직 혼합 과정을 시각적으로 제시함으로써 해양 성층 구조의 시간적 발달에 대한 직관적 이해를 제공하였다. 이는 중등학교 예비 교원과 학생들이 해수의 수온과 염분 차이에 따른 밀도 변화 과정을 직관적으로 이해하는데 도움이 될 것이다.

keywords
이중확산, 연직 혼합 과정, 열·염분 확산계수

Abstract

The vertical mixing structure induced by double diffusion under equal-density stratification conditions was investigated through numerical simulations. A Fortran-based numerical model was developed to account for the differing molecular diffusion coefficients of heat and salt, employing a non-hydrostatic two-dimensional vertical cross-sectional framework. The simulation results were subsequently visualized using Python to examine the temporal evolution of temperature, salinity, and density distributions. During the initial stage, thermal diffusion proceeded more rapidly than saline diffusion, leading to temperature perturbations in the vicinity of the density interface. The results indicate that the differential diffusion of heat and salt enhanced the spatial variability of the density structure, thereby promoting the gradual development of vertical mixing. Overall, this study provides an intuitive understanding of the temporal evolution of a two-layer stratified ocean system by visually demonstrating the vertical mixing process driven by double diffusion. The findings are expected to support prospective teachers as well as middle and high school students in developing a clearer conceptual understanding of density variations in seawater arising from differences in temperature and salinity.

keywords
double diffusion, vertical mixing process, diffusion coefficient of heat and salt


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