×

冰碛侵蚀驱动的冰下排水的空间异质性。 (英语) Zbl 1472.86037号

概要:冰川底部融水的分布和排泄对快速冰流有着敏感的影响。先前的研究表明,上覆冰和硬河床之间的薄融水膜通过融化上覆冰而形成有效的排水元件。然而,这些研究并没有考虑到在许多南极西部冰流下观察到的软变形沉积物的存在,以及沉积物与融水排水之间不可分割的耦合。我们的工作提出了一种启动排水元件的替代机制,例如沟渠,在沟渠中,融水膜通过侵蚀下面的沉积物而生长。我们对流经易腐蚀床层的融水膜进行了线性化稳定性分析。我们求解了膜流的Orr-Sommerfeld方程,并用Exner方程计算了床层的演变。我们确定了水文和泥沙输移的耦合动力学驱动形态不稳定性的一种状态,这种形态不稳定性在河床处产生空间异质性。我们表明,这种薄膜不稳定性的时间尺度比Walder提出的经典热不稳定性快得多。我们使用易侵蚀河床上波纹形成的框架来讨论不稳定性的物理。

MSC公司:

86A40型 冰川学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序

参考文献:

[1] Pattyn F.2010根据混合冰盖/冰流模型推断出的南极冰下条件。地球行星。科学。莱特。295, 451-461. (2016年10月10日/j.epsl.2010.04.025)
[2] Priscu JC、Tulaczyk S、Studinger M、Kennicutt M、Christner BC、Foreman CM。2008年南极冰下水:起源、进化和生态。《极地湖泊和河流:北极和南极水生生态系统湖沼学》(编辑WF Vincent,J Laybourn-Parry),第119-135页。英国牛津:牛津大学出版社。
[3] 布兰肯希普D、宾利R、鲁尼ST、小巷RB。1986年的地震测量显示,活跃的南极冰流下方存在饱和多孔层。《自然》322,54-57。(10.1038/322054a0)
[4] Kyrke-Smith TM、Katz RF、Fowler AC,2014冰下水文与冰流形成。程序。R.Soc.A 47020130494。(10.1098/rspa.2013.0494)·Zbl 1371.86011号
[5] Perol T,Rice JR,Platt JD,Suckale J.2015冰下水文和冰流边缘位置。《地球物理学杂志》。第120号决议,1352-1368。(10.1002/2015JF003542)
[6] Elsworth CW,Suckale J.2016南极洲西部冰下排水引起的快速冰流重排。地球物理学。Res.Lett公司。43,11 697-11 707。(10.1002/2016GL070430)
[7] Engelhardt H,Kamb B.1997南极西部冰流的基本水力系统:钻孔观测的限制。J.冰川。43, 207-230. (10.1017/S0022143000003166)
[8] Evans D、Phillips E、Hiemstra J、Auton C,2006年冰下冰碛物:形成、沉积特征和分类。地球科学。版次78115-176。(doi:10.1016/j.earscirev.2006.04.001)·doi:10.1016/j.earscirev.2006.04.001
[9] Tulaczyk S,Kamb WB,Engelhardt HF.2000南极西部冰流B的基本力学:1。直到力学。《地球物理学杂志》。第105、463-481号决议。(1999年10月19日JB900329)
[10] Alley R,Blankenship D,Bentley C,Rooney S.1987直到冰流B下:3。直到变形:证据和含义。《地球物理学杂志》。第92、8921-8929号决议。(10.1029/JB092iB09p08921)
[11] Iverson NR,Hooyer TS,Baker RW.1998冰碛变形环剪研究:冰川床中的库仑塑性行为和分布应变。J.冰川。44, 634-642. (10.1017/S0022143000002136)
[12] Tulaczyk S,Kamb B,Engelhardt HF.2001现代南极西部冰流下有效应力的估算,从预固结到孔隙比。博雷拉斯30101-114。(10.1080/030094801750203134)
[13] Shoemaker E.1986位于可变形含水层上的冰盖的冰川下水文学。J.冰川。32, 20-30. (10.1017/S0022143000006833)
[14] Lingle CS,Brown TJ.1987南极西部冰流冰下含水层模型和水压相关基底滑动关系。《南极西部冰盖动力学》,第249-285页。德国柏林:施普林格。
[15] Tulaczyk S,Kamb WB,Engelhardt HF.2000南极西部冰流B的基本力学:2。不排水塑料床模型。《地球物理学杂志》。第105、463-481号决议。(1999年10月29日jb900329)
[16] Bougamont M,Tulaczyk S,Joughin I.2003冰下沉积物对基底冻结的响应2。应用于南极洲西部冰流C最近停止的数值模拟。《地球物理学杂志》。第108、2223号决议。(2002年10月19日JB001936)
[17] 小巷RB。1989年滑动和河床变形的水压力耦合:I.水系。J.格拉西奥尔。35, 108-118. (10.3189/002214389793701527)
[18] 艾弗森·NR、贝克·RW、霍耶TS.1997《研究耕层变形的环切装置:对比粘土含量的耕层试验》。四分之一。科学。第16版,1057-1066。(10.1016/S0277-3791(97)00036-X)
[19] Weertman J,Birchfield G.1982冰流下的冰下水流和南极西部冰盖稳定性。安。格拉西奥尔。3, 316-320. (10.3189/S0260305500002998)
[20] Le Brocq A,Payne A,Siegert M,Alley R.2009南极西部冰下水流模型。J.冰川。55, 879-888. (10.3189/002214309790152564)
[21] Kyrke-Smith TM,Fowler AC.2014冰下沼泽。程序。R.Soc.A 47020140340号文件。(10.1098/rspa.2014.0340)·Zbl 1371.86034号
[22] Walder JS公司。1982年温带冰川下薄层水流的稳定性及其对冰川涌动的影响。J.冰川。28, 273-293. (10.1017/S0022143000011631)
[23] Creyts TT、Schoof CG。2009年冰下水层排水。《地球物理学杂志》。第114号决议,F04008。(2008年10月10日,JF001215)
[24] Röthlisberger H.1972冰内和冰下水道中的水压。J.冰川。11, 177-203. (10.1017/S0022143000022188)
[25] Flowers通用电气公司,2015年,冰川和冰盖下水流建模。程序。R.Soc.A 47120140907。(10.1098/rspa.2014.0907)·Zbl 1371.86032号
[26] Schoof C.2010由熔体供应变化驱动的冰片加速。《自然》468,803-806。(10.1038/nature09618)
[27] Schoof C,Hewitt IJ,Werder MA,2012冰下排水模型中的浮选和自由表面流。第1部分:。分布式排水。J.流体力学。702, 126-156. (10.1017/jfm.2012.165)·Zbl 1248.76137号
[28] Hewitt IJ,Schoof C,Werder MA,2012冰下排水模型中的浮选和自由表面流。第2部分。渠道流量。J.流体力学。702, 157-187. (10.1017/jfm.2012.166)·Zbl 1248.76136号
[29] 休伊特IJ。2013年,由于融水润滑,冰盖运动的季节性变化。地球行星。科学。莱特。371, 16-25. (2016年10月10日/j.epsl.2013.04.022)
[30] Werder MA、Hewitt IJ、Schoof CG、Flowers GE。2013年,二维渠道化和分布式冰下排水建模。《地球物理学杂志》。第118、2140-2158号决议。(10.1002/jgrf.20146)
[31] Tulaczyk S,Kamb B,Scherer RP,Engelhardt HF.1998南极西部冰流底部的沉积过程;冰下碎屑结构和成分特性的限制。沉积物杂志。第68、487-496号决议。(10.2110/jsr.68.487)
[32] Walder JS,Fowler A.1994变形床上的冰川下排水沟。J.冰川。40, 3-15. (10.1017/S0022143000003750)
[33] Ng FS公司。2000年沉积冰盖下的运河。安。冰川。30, 146-152. (10.3189/172756400781820633)
[34] Ng FS公司。2000冰下水道和洞穴附近的耦合冰-冰变形。J.冰川。46, 580-598. (10.3189/172756500781832756)
[35] King EC,Woodward J,Smith AM。2004年南极洲西部Rutford冰流下方充满水的运河变形的地震证据。地球物理学。Res.Lett公司。2011年2月31日。(2004年10月10日GL020379)
[36] Damsgaard A、Suckale J、Piotrowski JA、Houssais M、Siegfried MR、Fricker HA。2017年沉积物行为控制着冰下水道的平衡宽度。J.冰川。63, 1034-1048. (10.1017/jog.2017.71)
[37] Kennedy JF.1963易蚀河床河道中沙丘和反沙丘的力学。J.流体力学。16, 521-544. (10.1017/S0022112063000975)·Zbl 0122.43602号
[38] Fredsoe J.1974关于易受侵蚀河道中沙丘的发育。J.流体力学。64, 1-16. (2017年10月10日/S0022112074001960)·Zbl 0357.76037号
[39] 理查兹KJ。1980年易侵蚀河床上形成涟漪和沙丘。J.流体力学。99, 597-618. (10.1017/S002211208000078X)·Zbl 0451.76041号
[40] Charru F、Andreotti B、Claudin P.2013沙波和沙丘。每年。流体力学版次。45, 469-493. (10.1146/anurev-fluid-011212-140806)·Zbl 1359.76299号
[41] Colombini M.2004重新审视沙丘形成的线性理论。J.流体力学。502, 1-16. (10.1017/S0022112003007201)·Zbl 1057.76021号
[42] Luchini P,Charru F.2010扰动底部浅水流中剪切应力的相位超前。J.流体力学。665, 516-539. (10.1017/s022112010004313)·Zbl 1225.76084号
[43] Kennedy JF.1969沉积物涟漪、沙丘和反丘的形成。每年。流体力学版次。1, 147-168. (10.1146/年修订版fl.01.0169.001051)
[44] Devauchelle O、Malvert L、Lajeunesse、Lagree P、Josserand C、Thu Lam KDN。2010年自由表面层流床面稳定性:从沙洲到涟漪。J.流体力学。642, 329-348. (10.1017/s022112009991790)·Zbl 1183.76731号
[45] Meyer-Peter E,Müller R.1948《床上运输公式》。程序中。第二批货物。国际水力研究协会,瑞典斯德哥尔摩,第3卷,第39-64页。西班牙马德里:IAHR。
[46] Yalin MS.1972泥沙输移力学,第1版。纽约,纽约:佩加蒙出版社。
[47] van Rijn Leo C.1984泥沙输移,第一部分:推移质输移。J.海德鲁。工程110,1431-1456。(10.1061/(ASCE)0733-9429(1984)110:10(1431))
[48] 防护罩A.1936 Anwendung der Aehnlichkeits mechanik und der Turbulenzforschung auf die Geschiebebeegung。柏林技术大学博士论文。
[49] 爱因斯坦·HA。1950《明渠水流泥沙输移的推移质作用》,第1026卷。华盛顿特区:美国农业部。
[50] Gomez B,Church M.1989砾石河床河流推移质输沙公式评估。水资源。第25号决议,1161-1186。(10.1029/WR025i006p01161)
[51] Miller M,McCave I,Komar P.1977单向流下的泥沙运动阈值。沉积学24,507-527。(10.1111/j.1365-3091.1977.tb00136.x)
[52] Charru F,Mpuilleron H,Eiff O。2004粘性流剪切床上颗粒的侵蚀和沉积。J.流体力学。519, 55-80. (10.1017/S0022112004001028)·Zbl 1060.76501号
[53] Houssais M、Ortiz CP、Durian DJ、Jerolmack DJ。2015年泥沙运移的开始是由流体剪切和颗粒蠕变驱动的连续过渡。国家公社。6, 6527. (10.1038/ncomms7527)
[54] Ouriemi M、Aussillous P、Medale M、Peysson Y、Guazelli等人。2007年测定层流中颗粒侵蚀的临界屏蔽数。物理学。液体19061706。(10.1063/1.2747677) ·Zbl 1182.76578号
[55] 巴格诺德R.1973水跃移和“床上”输移的性质。程序。R.Soc.伦敦。A 332473-504。(1998年10月10日/rspa.1973.00338)
[56] 弗朗西斯·JRD。1973年关于孤立颗粒沿河床运动的实验。程序。R.Soc.伦敦。A 332443-471。(10.1098/rspa.1973.0037)
[57] 1983年南极洲:冰川学和地球物理学论文集。英国剑桥:极地研究所。
[58] 库菲KM,帕特森WSB。2012年冰川物理学。荷兰阿姆斯特丹:Butterworth-Heinemann。
[59] Hallet B.1976冰下化学过程对冰川滑动的影响。J.冰川。17, 209-221. (10.1017/S0022143000013551)
[60] Hallet B.1979冰下再结晶水膜。J.冰川。23, 321-334. (doi:10.3189/S0022143000029932)·doi:10.3189/S0022143000029932
[61] Vivian R.1980冰库界面的性质:对20000m2温带冰川岩床的调查结果。J.冰川。25, 267-277. (10.1017/S0022143000010480)
[62] Martos YM、Catalan M、Jordan TA、Golynsky A、Golynstky D、Eagles G、Vaughan DG。2017年南极热流密度分布揭晓。地球物理学。Res.Lett公司。44,11 417-11 426。(10.1002/2017GL075609)
[63] Drazin PG,Reid WH.公司。2004水动力稳定性。剑桥数学图书馆,第2版。英国剑桥:剑桥大学出版社·兹比尔1055.76001
[64] Betchov R,刑事法庭。1967年平行流的稳定性。纽约州纽约市:学术出版社。
[65] Georgievskii博士。2009年squire变换在剪切稳定性线性化问题中的适用性。Russ.J.数学。物理学。16, 478. (10.1134/S1061920809040025)·兹比尔1186.35159
[66] Orszag SA.1971 Orr-Sommerfeld稳定性方程的精确解。J.流体力学。50, 689-703. (10.1017/S0022112071002842)·Zbl 0237.76027号
[67] Shen J.1994高效谱标度法I.使用勒让德多项式直接求解二阶和四阶方程。SIAM J.科学。计算。15, 1489-1505. (10.1137/0915089) ·Zbl 0811.65097号
[68] Camporeale C、Canuto C、Ridolfi L.2012颗粒床上明渠紊流稳定性分析的谱方法。理论。计算。流体动力学。26, 51-80. (10.1007/s00162-011-0223-0)·Zbl 1291.76128号
[69] Camporeale C,Mantelli E,Manes C.2013可渗透壁上薄膜中不稳定模式之间的相互作用。J.流体力学。719, 527-550. (2017年10月10日/2013.16日)·Zbl 1284.76156号
[70] Kirchner NP.2000 Orr-Sommerfeld方程谱Galerkin FEM的计算方面。国际期刊数字。方法液体32,105-121。(doi:10.1002/(SICI)1097-0363(20000115)32:1<105::AID-FLD938>3.0.CO;2倍)·Zbl 0979.76048号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0363(20000115)32:1<105::AID-FLD938>3.0.CO;2倍
[71] Andreotti B、Claudin P、Pouliquen O,2010年风沙运移饱和长度的测量。地貌学123,343-348。(10.1016/j.geomorph.2010.08.002)
[72] Claudin P、Wiggs GFS、Andreotti B,2013年,低沙丘顶部迎风速度变化的现场证据。边界层气象。148, 195-206. (10.1007/s10546-013-9804-3)
[73] Dey S.2003横向和纵向倾斜组合床上沉积物运动的阈值。J.海德鲁。第41、405-415号决议。(10.1080/00221680309499985)
[74] Fernandez Luque R,Van Beek R.1976年河床沉积物的侵蚀和搬运。J.海德鲁。第14号决议,127-144。(10.1080/00221687609499677)
[75] Mahadevan A,Orpe AV,Kudrolli A,Mahadevan L.2012多孔介质中的流诱导通道化。欧罗普提斯。莱特。98, 58003. (10.1209/0295-5075/98/58003)
[76] Dowdeswell JA、Canals M、Jakobsson M、Todd BJ、Dowdeswell EK、Hogan KA。2016引言:海底冰川地貌地图集。地质。Soc.伦敦。内存。46, 3-14. (10.1144/M46.171)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。