목차
1. 사전 준비
1.1 소프트웨어 개요 = 1
1.2 프로그래밍 언어와 컴파일러 = 2
1.3 자료 가시화 소프트웨어 = 2
1.4 문서 편집기 = 3
1.5 작업의 구성 = 3
1.6 이 책의 구성 = 4
2. 모델의 시작
2.1 감쇠 문제 = 5
2.1.1. 문제 = 5
2.1.2. 물리적 해석 = 6
2.1.3. 예제 = 6
2.1.4. SciLab으로 간단한 그래프 그리기 = 7
2.2 유한 차분의 첫 단계 = 8
2.2.1. 유한 시간 간격과 시간 단계 = 8
2.2.2. 양해법 시간 계산 = 8
2.2.3. 양해법의 수치 안정도 조건 = 9
2.2.4. 음해법 시간 계산 = 9
2.2.5. 복합 방법 = 9
2.2.6. 그 밖의 방법 = 10
2.2.7. 일관성 조건 = 10
2.2.8. 정확도 조건 = 10
2.2.9. 효율성 조건 = 10
2.2.10. 프로그램 코드의 작동 과정 = 11
2.2.11. 첫 번째 FORTRAN 프로그램 = 11
2.2.12. FORTRAN 프로그램의 컴파일과 실행 과정 = 11
2.2.13. FORTRAN 요약 = 12
2.3 예제 1 : 감쇠 문제 = 14
2.3.1. 목표 = 14
2.3.2. 작업 개요 = 15
2.3.3. 주의사항 = 15
2.3.4. FORTRAN 프로그램 = 15
2.3.5. 결과 = 15
2.3.6. 추가 예제 = 15
2.4 오류의 검토와 제거 = 16
2.4.1. 오류 메시지 = 16
2.4.2. 차례차례 오류 제거하기 = 16
2.4.3. 오류 메시지 무시하기 = 16
2.4.4. 흔히 범하는 오류 = 17
2.4.5. 컴파일러를 믿어라 = 17
2.4.6. 경고 메시지 = 17
3. 해양 유체역학 기초
3.1 단위 = 19
3.2 스칼라와 벡터 = 20
3.2.1. 스칼라와 벡터의 차이 = 20
3.2.2. 등고선과 등고선 간격 = 20
3.3 위치와 속도 = 21
3.3.1. 위치와 거리 = 21
3.3.2. SciLab을 이용한 거리 계산 = 21
3.3.3. 속도 = 22
3.4 운동의 종류 = 22
3.4.1. 정상 상태 운동 = 22
3.4.2. 파동 = 23
3.4.3. 정현파 = 23
3.5 SciLab을 이용한 파동의 가시화 = 23
3.5.1. 연직 운동 막대로 표시한 파동 = 23
3.5.2. 샘플 스크립트 = 24
3.5.3. 첫 번째 SciLab 스크립트 = 24
3.5.4. SciLab 요약 = 25
3.5.5. GIF 동영상 = 26
3.5.6. 동영상 스크립트 = 26
3.5.7. 동영상 GIF 파일 만들기 = 26
3.5.8. 위상 속력 = 27
3.5.9. 분산 관계 = 27
3.5.10. 파동의 중첩 = 27
3.6. 예제 2 : 파동의 간섭 = 28
3.6.1. 목표 = 28
3.6.2. 작업 개요 = 28
3.6.3. 샘플 스크립트 = 29
3.6.4. 결과 = 29
3.6.5. 주의사항 = 30
3.7 힘 = 30
3.7.1. 힘의 역할 = 30
3.7.2. 뉴턴의 운동 법칙 = 31
3.7.3. 겉보기 힘 = 31
3.7.4. 라그랑주 궤적 = 31
3.7.5. 오일러 체계와 이류 = 32
3.7.6. 이류 방정식의 해석 = 32
3.7.7. 비선형항 = 33
3.7.8. 비선형항의 영향 = 33
3.8 기본적인 보존의 원리 = 33
3.8.1. 요약 = 33
3.8.2. 운동량의 보존 = 34
3.8.3. 체적의 보존(연속 방정식) = 34
3.8.4. 연속 방정식의 연직 적분 = 35
3.8.5. 발산과 수렴 = 36
3.8.6. 강이나 수로에서의 연속 방정식 = 36
3.8.7. 밀도 = 37
3.8.8. 해수 상태 방정식 = 38
3.9 중력과 부력 = 38
3.9.1. 아르키메데스의 원리 = 38
3.9.2. 실질 중력 = 39
3.9.3. 안정도 주파수 = 39
3.9.4. 안정, 중립, 불안정 조건 = 40
3.10 예제 3 : 유체 속 물체의 진동 = 40
3.10.1. 목표 = 40
3.10.2. 작업 개요 = 40
3.10.3. 운동 방정식 = 41
3.10.4. 프로그램 구조 = 41
3.10.5. 유한 차분 방정식 = 41
3.10.6. 초기 조건과 경계 조건 = 42
3.10.7. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 42
3.10.8. 결과의 검토 = 42
3.10.9. 이론해 = 43
3.10.10. 마찰력 고려 = 44
3.10.11. 추가 예제 = 45
3.11 압력 경도력 = 45
3.11.1. 정수압 평형 = 45
3.11.2. 정수압 상태와 비정수압 상태 = 46
3.11.3. 해양에서의 정수압 장 = 46
3.11.4. 해양의 동역학적 수압 = 46
3.11.5. 수평 압력 경도력 = 47
3.11.6. 부씨네 근사 = 47
3.11.7. 밀도가 일정할 경우 = 47
3.12 코리올리 힘 = 48
3.12.1. 겉보기 힘 = 48
3.12.2. 구심력과 원심력 = 48
3.12.3. 구심력의 도출 = 50
3.12.4. 회전 유체에서의 원심력 = 51
3.12.5. 고정 좌표계에서 보는 회전 유체의 운동 = 52
3.12.6. 수립자 궤적 = 52
3.12.7. 수치 프로그램 = 53
3.12.8. 이론해 = 54
3.12.9. 코리올리 힘 = 54
3.13 지구상에서의 코리올리 힘 = 56
3.13.1. 국지 좌표계의 연직 방향 = 56
3.13.2. 코리올리 계수 = 56
3.13.3. f평면 근사 = 57
3.13.4. β평면 근사 = 58
3.14 예제 4 : 운동 상태에서의 코리올리 힘 = 58
3.14.1. 목표 = 58
3.14.2. 첫 단계 = 58
3.14.3. 개선된 방법 1 : 반음해법 = 60
3.14.4. 개선된 방법 2 : 국지 회전 계산 = 60
3.14.5. 결론 = 60
3.14.6. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 61
3.14.7. 관성 진동 = 61
3.14.8. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 62
3.15 난류 = 63
3.15.1. 층류와 난류 = 63
3.15.2. 레이놀즈 표기 = 63
3.15.3. 난류의 원인 = 63
3.16.4. 리처드슨 수 = 64
3.15.5. 난류 확산과 난류 확산 계수의 처리 = 64
3.15.6. 프란들의 혼합 거리 = 65
3.15.7. 확산 방정식의 해석 = 65
3.16 나비에-스톡스 방정식 = 66
3.16.1. 방정식 = 66
3.16.2. 해양에서의 적용을 위한 경계 조건 = 67
3.17 크기 비교 = 67
3.17.1. 기본 개념 = 67
3.17.2. 크기 비교의 예 = 68
4. 수로에서의 장파
4.1 유한 차분법 보충 = 71
4.1.1. 테일러 급수 = 71
4.1.2. 전방, 후방, 중앙 차분법 = 72
4.1.3. 2차 미분항의 차분 = 73
4.1.4. 잘라버림 오차 = 73
4.2 파장이 긴 표면 중력파 = 74
4.2.1. 특정 현상에 대한 연구 = 74
4.2.2. 천해 과정 = 74
4.2.3. 천해 모델 = 75
4.2.4. 지배방정식 = 75
4.2.5. 이론해 = 76
4.2.6. 동영상 스크립트 = 77
4.2.7. 수치 격자 = 77
4.2.8. 유한 차분법 = 78
4.2.9. 안정도 조건 = 79
4.2.10. 1차 샤피로 필터 = 79
4.2.11. 육지와 해안선 = 79
4.2.12. 육지 경계 조건 = 80
4.2.13. FORTRAN 프로그램의 작성 요령 = 81
4.2.14. 예제 FORTRAN 프로그램의 구조 = 82
4.3 예제 5 : 수로에서의 장파 = 83
4.3.1. 목표 = 83
4.3.2. 모델 설정 = 83
4.3.3. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 84
4.3.4. 결과 = 84
4.4 예제 6 : 범람 문제 = 86
4.4.1. 목표 = 86
4.4.2. 노출 격자의 처리 = 86
4.4.3. 다시 잠기는 노출 격자의 처리 = 86
4.4.4. 경사진 해안의 범람 = 86
4.4.5. 극한 상황에서의 모델 가용성 검토 = 87
4.4.6. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 88
4.4.7. 결과 = 88
4.5 천해 다층 모델 = 89
4.5.1. 기초 = 89
4.6 예제 7 : 다층 유체에서의 장파 = 92
4.6.1. 목표 = 92
4.6.2. 작업 개요 = 92
4.6.3. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 92
4.6.4. 결과 = 93
4.6.5. 장주기 내부파의 위상 속력 = 94
4.6.6. 호수에서의 고유 진동 = 94
4.6.7. 메리안의 공식 = 95
4.6.8. 만에서의 공진 = 95
4.6.9. 추가 예제 = 96
5. 2차원 천해 모델링
5.1 얕은 호수의 장파 = 97
5.1.1. 2차원 천해 방정식 = 97
5.1.2. 아라카와 C 격자 = 98
5.1.3. 유한 차분 방정식 = 98
5.1.4. 육지와 해안선의 포함 = 99
5.1.5. 안정도 기준 = 100
5.2 예제 8 : 얕은 호수에서의 장파 = 100
5.2.1. 목표 = 100
5.2.2. 작업 개요 = 100
5.2.3. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 101
5.2.4. 결과 = 101
5.2.5. 추가 예제 = 101
5.3 예제 9 : 파동의 굴절 = 102
5.3.1. 목표 = 102
5.3.2. 배경 = 102
5.3.3. 작업 개요 = 102
5.3.4. 측면 경계 조건 = 103
5.3.5. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 104
5.3.6. 결과 = 104
5.3.7. 추가 예제 = 105
5.4 바람의 영향을 받는 천해 모델 = 105
5.4.1. 지배 방정식 = 105
5.4.2. 반음해법을 이용한 해저 마찰의 계산 = 106
5.4.3. 유한 차분 방정식 = 107
5.5 예제 10 : 호수에서의 풍성 순환 = 107
5.5.1. 목표 = 107
5.5.2. 해저 지형 준비 = 107
5.5.3. FORTRAN 프로그램 = 108
5.5.4. 모델 개요 = 108
5.5.5. 장기간 모사를 위한 기법 = 109
5.5.6. 결과 = 109
5.5.7. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 110
5.5.8. 주의사항 = 110
5.5.9. 추가 예제 = 110
5.6 추적자의 운동 = 110
5.6.1. 라그랑주 추적자와 오일러 추적자 = 110
5.6.2. 어려운 과제 = 111
5.6.3. 오일러 이류 기법 = 111
5.6.4. 이류 방정식의 안정 기준 = 113
5.7 예제 11 : 오일러 이류 = 113
5.7.1. 목표 = 113
5.7.2. 작업 개요 = 114
5.7.3. 결과 = 114
5.7.4. 추천사항 = 116
5.7.5. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 116
5.8 예제 12 : 궤적 = 116
5.8.1. 목표 = 116
5.8.2. 작업 개요 = 116
5.8.3. 결과 = 117
5.8.4. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 118
5.9 예제 13 : 비선형항의 포함 = 118
5.9.1. 목표 = 118
5.9.2. 비선형항의 수식 = 119
5.9.3. FORTRAN 프로그램 = 119
5.9.4. 결과 = 119
5.10 예제 14 : 섬의 후류 = 120
5.10.1. 목표 = 120
5.10.2. 레이놀즈 수 = 120
5.10.3. 수평 마찰력과 운동량 확산의 포함 = 121
5.10.4. 확산항에 대한 안정도 기준 = 122
5.10.5. 완전 미끌어짐, 반 미끌어짐, 미끌어지지 않음 경계 조건 = 123
5.10.6. 작업 개요 = 124
5.10.7. FORTRAN 프로그램 = 125
5.10.8. 결과 = 125
5.10.9. 추가 예제 = 126
6. 회전 효과
6.1 완전한 천해 방정식 = 127
6.1.1. 설명 = 127
6.1.2. 코리올리 힘의 적용 = 128
6.2 연안 켈빈파 = 128
6.2.1. 이론 = 128
6.3 예제 15 : 연안 캘빈파 = 129
6.3.1. 목표 = 129
6.3.2. 작업 개요 = 130
6.3.3. 결과 = 130
6.3.4. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 131
6.3.5. 추가 예제 = 131
6.4 지형류 = 131
6.4.1. 크기 비교 = 131
6.4.2. 지형류 평형 = 131
6.4.3. 지형류 방정식 = 132
6.4.4. 와도 = 133
6.4.5. 포텐셜 와도의 보존 = 135
6.4.6. 해저 지형 효과 = 136
6.4.7. 로스비파 = 136
6.5 예제 16 : 해저 지형 효과 = 138
6.5.1. 목표 = 138
6.5.2. 모델 방정식 = 138
6.5.3. 작업 개요 = 139
6.5.4. 주의사항 = 139
6.5.5. FORTRAN 프로그램 = 140
6.5.6. 결과 = 140
6.5.7. 추가 예제 = 141
6.6 측면 전단 흐름의 불안정 = 141
6.6.1. 이론 = 141
6.6.2. 장파의 불안정 = 143
6.7 예제 17 : 순압 불안정 = 143
6.7.1. 목표 = 143
6.7.2. 모델 방정식 = 144
6.7.3. 작업 개요 = 144
6.7.4. 결과 = 144
6.7.5. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 146
6.7.6. 추가 예제 = 146
6.8 해양의 풍성 순환 = 146
6.8.1. 해양의 역학적 구조 = 146
6.8.2. 정상 상태 역학과 체적 수송 = 147
6.8.3. 단순한 풍성 순환 모델 = 147
6.8.4. 표면 에크만층 = 148
6.8.5. 에크만 수송 = 149
6.8.6. 에크만 펌핑 = 149
6.8.7. 스베드럽 균형 = 150
6.8.8. 스베드럽 관계식의 해석 = 151
6.8.9. 해저 에크만층 = 152
6.8.10. 서안 경계 해류 = 153
6.8.11. 수평 운동량 확산의 역할 = 154
6.9 예제 18 : 풍성 순환 = 154
6.9.1. 목표 = 154
6.9.2. 작업 개요 = 154
6.9.3. 결과 = 156
6.9.4. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 157
6.9.5. 추가 예제 = 158
6.10 예제 19 : 경압 보상 = 158
6.10.1. 배경 = 158
6.10.2. 목표 = 158
6.10.3. 작업 개요 = 159
6.10.4. 결과 = 159
6.10.5. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 159
6.10.6. 추가 예제 = 160
6.11 감소중력의 개념 = 160
6.11.1. 배경 = 160
6.11.2. 고정경계면 근사 = 160
6.12 밀도전선의 지형류 조절 = 162
6.12.1. 배경 = 162
6.12.2. 어떻게 작용하는가? = 162
6.12.3. 이론 = 163
6.13 예제 20 : 지형류 조절 = 166
6.13.1. 목표 = 166
6.13.2. 작업 개요 = 166
6.13.3. 결과 = 167
6.13.4. FROTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 168
6.14 경압 불안정 = 168
6.14.1. 간단한 설명 = 168
6.15 예제 21 : 전선 불안정 = 169
6.15.1. 목표 = 169
6.15.2. 작업 개요 = 169
6.15.3. 결과 = 171
6.15.4. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 173
6.15.5. 추가 예제 = 173
6.16 밀도류 = 173
6.16.1. 배경 = 173
6.17 예제 22 : 감소중력 플룸 = 175
6.17.1. 목표 = 175
6.17.2. 작업 개요 = 175
6.17.3. 프로그램을 새로 작성해야 하는가? = 176
6.17.4. 결과 = 177
6.17.5. FORTRAN 프로그램과 동영상 스크립트 = 178
6.17.6. 추가 예제 = 178
6.18 기술적인 정보 = 178
참고문헌 = 181
예제 목록 = 183
찾아보기 = 185