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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3857| Dispersión lagrangiana en turbulencia zonostrófica Lagrangian dispersion in zonostrophic turbulence | |
| AZUCENA HERMELINDA DURAN COLMENARES | |
| Luis Zavala Sansón | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| anisotropía, dispersión lagrangiana, turbulencia 2D, efecto β, turbulencia zonostrófica anisotropy, lagrangian dispersion, 2D turbulence, β-effect, zonostrophic turbulence | |
| En esta tesis se estudia la dispersión anisotrópica de partículas en un flujo turbulento bidimensional forzado continuamente en un plano β. El flujo está inmerso en una cuenca cerrada a gran escala con fronteras libres de esfuerzos. La anisotropía se analiza mediante experimentos numéricos caracterizados por la magnitud del forzamiento impuesto. Los experimentos muestran características típicas de la turbulencia zonostrófica: movimientos vorticales que, en promedio, forman bandas de circulación alternas este-oeste debido al efecto β. La anisotropía de la dispersión se investiga mediante tres medidas estadísticas Lagrangianas calculadas por componentes zonales y meridionales: la dispersión relativa entre pares de partículas; elipses de dispersión; y los Exponentes de Lyapunov de Escala Finita (FSLE), medidos también con pares de partículas. La dispersión relativa y las elipses de dispersión muestran anisotropía con una preferencia zonal hacia el oeste cuando las partículas están lejos de las fronteras. Los FSLE muestran anisotropía zonal para una amplia gama de separaciones de partículas solo cuando empleamos un forzamiento fuerte. A medida que las partículas alcanzan la pared oeste y se redistribuyen para llenar el dominio, la anisotropía cesa. Los resultados se examinan más a fondo utilizando condiciones de contorno sin deslizamiento y una geometría de dominio rectangular. Por otra parte, el estudio de la dispersión se profundiza mediante nuevos experimentos en los que la cuenca tiene un fondo variable que asemeja pendientes continentales en el océano. El efecto β y el de la topografía de fondo se combinan dinámicamente, y como resultado emerge un giro ciclónico al borde del dominio e intensificado a lo largo de la frontera sur. El flujo sigue contornos geostróficos de f /h, donde f es el parámetro de Coriolis y h la profundidad del fluido. El análisis de la dispersión de partículas se realiza empleando la dispersión absoluta y las elipses de dispersión. Los resultados muestran que la asimetría del giro tiene consecuencias en la dispersión. En el centro del dominio el flujo es anisotrópico con una preferencia zonal, como en los experimentos con fondo plano. Sin embargo, esta anisotropía es menor a la observada cuando únicamente el efecto β está presente, debido a que el giro ciclónico funciona como una barrera que limita la propagación de partículas hacia el oeste. Por otro lado, cerca de las fronteras ... In this thesis we study the anisotropic dispersion of particles in a two-dimensional turbulent flow continuously forced in a β-plane. The flow is immersed in a large-scale closed basin with stress-free boundaries. The anisotropy is analyzed by numerical experiments characterized by the magnitude of the imposed forcing. The experiments show typical features of zonostrophic turbulence: vortical motions that, on average, form alternating east-west circulation bands due to the β-effect. The anisotropy of the dispersion is investigated by means of three statistical Lagrangian measures calculated by zonal and meridional components: the relative dispersion between pairs of particles; dispersion ellipses; and Finite Scale Lyapunov Exponents (FSLE), also measured with pairs of particles. The relative dispersion and the dispersion ellipses show anisotropy with a zonal preference towards the west when the particles are far from the boundaries. The FSLEs show zonal anisotropy for a wide range of separations of particles only when we employ a strong forcing. As the particles reach the west wall and redistribute to fill the domain, the anisotropy ceases. The results are further examined using no-slip boundary conditions and a rectangular domain geometry. On the other hand, the dispersion study is further extended by new experiments in which the basin has a variable bottom that resembles continental slopes in the ocean. The β-effect and that of the bottom topography are dynamically combined, leading to the formation of a cyclonic gyre at the edge of the domain and intensified along the southern boundary. The flow follows geostrophic contours of f /h, where f is the Coriolis parameter and h the fluid depth. The dispersion analysis is performed using the absolute dispersion and dispersion ellipses. The results show that the gyre asymmetry has consequences on the dispersion. At the center of the domain the flow is anisotropic with a zonal preference, as in the experiments with flat topography. However, this anisotropy is lower than that observed when only the β-effect is present, because the cyclonic gyre acts as a barrier limiting the westward propagation of particles. On the other hand, near the boundaries (where the bottom slopes are steep), the intensity of the cyclonic gyre dominates over the β-effect, forcing the particles to disperse rapidly along the walls. However, the asymmetry of the topographically generated flow causes the dispersion to differ at each ... | |
| CICESE | |
| 2023 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Durán Colmenares, A.H. 2023. Dispersión lagrangiana en turbulencia zonostrófica. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 64 pp. | |
| OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Oceanografía Física |
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| tesis_ Azucena Hermelinda Durán Colmenares_27 mar 2023.pdf | Versión completa de la tesis | 11.16 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |