Fluid resonance in elastic-walled englacial transport networks
Fluid resonance in elastic-walled englacial transport networks
复制标题
弹性壁冰川运输网络中的流体共振
DOI：
10.1017/jog.2021.48
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发表时间：
2021
影响因子：
3.4
通讯作者：
Karlstrom, Leif
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
McQuillan, Maria;Karlstrom, Leif
冰内水输运是冰川水文系统的一个组成部分，但冰内结构的几何形状仍然很大程度上未知。在这项研究中，我们探讨了激发流体共振的小振幅波作为一个探针的冰川几何。我们建立了一个水力网络模型，该网络由一个或多个与圆柱形管道相交的片状裂缝组成，受到在水面发起的振荡波运动的影响。由此产生的共振频率和品质因数是诊断的流体性质和几何形状的冰川系统。对于一个单一的裂纹导管系统，基本模式涉及重力驱动的流体晃动之间的导管和裂纹，在0.02和10赫兹之间的频率为典型的冰川参数。高频模式包括裂纹内产生的色散Krauklis波和管道中的管波。但我们发现，裂纹长度往往是很好的约束的基本模式频率和阻尼率单独设置，包括高山冰川和冰盖。分支裂纹的几何形状和倾角，冰的厚度和源激发函数有助于定义这种模式的裂纹可检测性的限制。在一般情况下，我们认为，识别与波动的时间序列数据的本征模式可以提供一个途径，推断冰内水文结构。
Englacial water transport is an integral part of the glacial hydrologic system, yet the geometry of englacial structures remains largely unknown. In this study, we explore the excitation of fluid resonance by small amplitude waves as a probe of englacial geometry. We model a hydraulic network consisting of one or more tabular cracks that intersect a cylindrical conduit, subject to oscillatory wave motion initiated at the water surface. Resulting resonant frequencies and quality factors are diagnostic of fluid properties and geometry of the englacial system. For a single crack–conduit system, the fundamental mode involves gravity-driven fluid sloshing between the conduit and the crack, at frequencies between 0.02 and 10 Hz for typical glacial parameters. Higher frequency modes include dispersive Krauklis waves generated within the crack and tube waves in the conduit. But we find that crack lengths are often well constrained by fundamental mode frequency and damping rate alone for settings that include alpine glaciers and ice sheets. Branching crack geometry and dip, ice thickness and source excitation function help define limits of crack detectability for this mode. In general, we suggest that identification of eigenmodes associated with wave motion in time series data may provide a pathway toward inferring englacial hydrologic structures.
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