Fractals in the Spreading of Drifters: Observation and Simulation

표류부표 분산의 프랙탈 성질: 관측 및 시뮬레이션

We examined the temporal characteristics of the oceanic eddy diffusion at 5 coastal regions of Korea by measuring the separation distances of multiple drifters released simultaneously at the same by the GPS and Decca transponder system. The observed variance of separation distance, for the time scales from minutes to hours, is proportional to t/SUP m/ with scaling exponent m between 1.2 and 2.0. The observed Lagrangian trajectories of drifters show fractal characteristics instead of random walk or Brown motion. As an effort toward a development of a realistic model of the oceanic eddy diffusion, we simulated the Lagrangian trajectories of drifters by fractional Brown motion (FBM) model. The observed variances of drifter separations can be generated by the FBM process provided the Hurst exponent is the same as the observed one. We further showed that the observed power law in the variance of drifter separations cannot be simulated with an ordinary Brown motion or random walk process.

동일지점에서 동시에 투하된 여러개 표류부표들 사이의 분산거리를 측정하므로써, 한반도 연안역 5개 해역에서 해양난류확산의 시간적 특성을 조사하였다. 각각의 실험 에서 GPS 와 Decca Trisponder를 사용하여 표류부표의 궤적을 2∼6시간 동안 추적하였 다. 실측된 부표간 분리거리의 분산(거리의 제곱)은 시간 t에 따라 t/SUP m/에 비례하 는 지수관계를 나타내었으며, 수분 내지 수시간의 시간 스케일에서, 승수 m 은 1.2 와 2.0 의 범위였다. 실측된 부표의 궤적은 임의행보나 브라운운동의 특성을 나타내지 않 고, 프랙탈 브라운운동의 특성을 나타내었다. 해양에서 의 실제적인 상황에 부합되는 확산모델 개발을 위한 일차적인 시도로서 표류부표의 운동을 프랙탈 브라운운동 모델 에 의해 재현하였다. 본 눈문에서는 실측된 표류부표의 이동을 모델링하면 현장관측과 일치하는 표류부표 분리거리의 지수관계가 재현되지 못함을 보였다.