Deep Convection and Oil Spill

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 자연과학대학 지구환경과학부, 2022. 8. 조양기.The turbulent ocean processes around Korea were simulated using LES, and their characteristics were investigated. Most serious ocean accidental spills occur during strong winds, and the diffusion of pollutants depends on wave-driven upper ocean turbulence such as Langmuir circulation (LC) and wave breaking (WB). However, the effects of LC and WB on advection speed and diffusion rate are not yet well understood. Here, the advection and diffusion of buoyant particles were modeled with a large eddy simulation. Advection speed and effective diffusivity were quantitatively compared based on the evolution of the particles' statistical quantities. When the vertical dispersion of the buoyant particles was enhanced by LC, the horizontal dispersion increased, and the horizontal advection decreased. WB had a noticeable influence on the particles leaving the surface. Strongly buoyant particles slightly dispersed but advected as fast as the surface velocities. Weakly buoyant particles dispersed extensively but advected quite slowly. Sparse observations in the East/Japan Sea (EJS) suggested that open-ocean deep convection occurs south of Vladivostok; however, more recent observations suggest that deep convection occurs along the continental slope, resulting in bottom water formation in the EJS. The process of deep convection along the EJS continental slope was investigated using large-eddy simulation, which demonstrated that dense water, formed by strong wintertime cooling in the shelf, flows down along the slope as a bottom Ekman current. The characteristics of the initial dense water were relatively well conserved on the continental slope during convection, but they changed rapidly by mixing with the surrounding waters in the open ocean. Accordingly, slope convection penetrated deeper compared to open-ocean convection under the same surface heat flux. Our numerical experiments showed that, under typical surface cooling during winter (i.e., 200 W m-2), slope convection reaches depths greater than 2,700 m, generating a potential ventilation process for deep- and bottom-water formations, whereas open-ocean convection reaches approximately 700 m depth, contributing to the intermediate- and central-water formations in the EJS. Various topography experiments revealed that downward speed was proportional to the continental-slope inclination; the initial characteristics remained relatively well conserved at small continental-slope inclination. Increased salinity due to brine rejection in the shelf could accelerate the slope convection.큰에디모사기법(LES)를 이용하여 한국 주변의 난류 해양 현상을 모의하고 그 특성을 조사하였다. 대부분의 심각한 해양 유출 사고는 강풍 중에 발생하며 오염 물질의 확산은 랑뮤어 순환(LC) 및 파도 깨짐(WB)과 같은 파랑 기반의 해양 상부 난류에 따라 달라진다. 그러나 LC와 WB가 이류 속도와 확산 속도에 미치는 영향은 아직 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서 부력 입자의 이류 및 확산을 LES로 모델링하였다. 입자의 통계적 양의 변화를 기반으로 이류 속도와 유효 확산도를 정량적으로 비교하였다. 부력입자의 수직분산이 LC에 의해 강화되었을 때 수평분산은 증가하였고 수평이류는 감소하였다. WB는 입자가 표면을 떠나도록 하여 상당한 영향을 미쳤다. 부력이 강한 입자는 약하게 분산되지만 표면 속도로 빠르게 이류하였다. 약한 부력 입자는 광범위하게 분산되지만 아주 천천히 이류하였다. 최근 동해(EJS)에서의 관측은 블라디보스토크 남쪽에서 대륙 사면을 따라 심층 대류가 발생하여 저층수가 형성됨을 시사했다. 본 연구에서 대륙 사면을 따른 심층 대류 과정은 큰에디모사기법을 사용하여 조사되었으며, 이는 대륙붕에서 겨울철 강한 냉각에 의해 형성된 밀도가 높은 물이 바닥 에크만 해류로 사면을 따라 흘러내리는 것을 보여주었다. 대륙사면을 따르는 심층 대류의 경우는 고밀도 해수의 특성이 침강하는 동안 비교적 잘 보존되었으나, 외해에서 발생한 대류의 경우는 주변해역과 혼합되면서 특성을 잃었다. 따라서 동일한 표면 열속 조건에서 사면 대류(Slope Convection)는 외양 대류(Open-ocean Convection)에 비해 더 깊게 침투하였다. 겨울철의 전형적인 표면 냉각(200W m-2) 조건에서 사면 대류는 2,700m 이상의 깊이에 도달하여 심층 및 저층에 대한 잠재적인 순환 과정을 형성하였다. 반면 외양 대류는 최대 약 700m 깊이에 도달하여 동해의 중층수 및 중앙수 형성에 기여함을 보였다. 다양한 지형 실험에서 침강 속도는 대륙 사면의 경사에 비례한다는 것이 밝혀졌다. 고밀도수의 초기 특성은 경사가 작을 때 비교적 잘 보존되었다. 대륙붕 내부의 염 방출로 인한 염분 증가는 사면 대류를 가속화할 수 있다.Abstract i Table of Contents iii List of Figures vi List of Tables xi 1. General Introduction 1 1.1. Modeling oceanic turbulence 1 1.2. Large-eddy simulation model 3 2. Effect of Wave-Driven Turbulence on Diffusion and Advection of Pollutants 6 2.1. Introduction 6 2.2. Methods 9 2.2.1. Numerical modeling 9 2.2.2. Simulation configurations 11 2.3. Results 12 2.3.1. Mean profiles of velocity and turbulent kinetic energy 12 2.3.2. Horizontal and vertical distributions of the particles 14 2.3.3. Vertical and horizontal dispersion of particles and effective diffusivity 15 2.3.4. Horizontal advection of particles 17 2.4. Discussion 18 2.4.1. Cause of the difference in horizontal dispersion and advection 18 2.4.2. Estimation of advection speed 19 2.4.3. Diffusion and advection influenced by rising speed 20 2.4.4. Sensitivity to the model domain size 21 2.5. Conclusion 22 3. Deep Convection in the East Sea 34 3.1. Introduction 34 3.2. Materials and methods 36 3.3. Open-ocean and slope convections 39 3.3.1. Convection evolution 39 3.3.2. Horizontal distributions of vertical velocity 42 3.3.3. Meridional sections of zonal-mean velocity 44 3.4. Discussion 46 3.4.1. Role of the continental shelf on slope convection 46 3.4.2. Effect of the continental-slope inclination on slope convection 47 3.4.3. Effect of brine rejection on the slope convection 49 3.5. Conclusion 50 4. Summary and Conclusions 67 Bibliography 69 Abstract in Korean (국문초록) 79 Acknowledgments 81박

Citizenship formation in a multicultural society through multinational volunteer experience and its educational implication

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 사범대학 협동과정 글로벌교육협력전공, 2024. 2. 유성상.This research was conducted with volunteers who participated in a volunteer program in Korean society for more than two semesters, focusing on the case of international students of various nationalities living as foreign residents and Korean students as a multinational group, participating in the activities of the SHARING Multicultural Volunteer Corps operated by a university. This study attempted to reveal the lived experiences of multinational volunteers through the unique case of a multinational volunteer program, analyze the meaning of experiences through critical review based on the characteristics of citizenship required in a multicultural society, and further reveal their implications with theories in education related to a multicultural society. The results and discussions of this study are summarized as follows. One of the upper categories, Me in the SHARING Multicultural Volunteer Corps from the lived experience aspects of multinational volunteer group activities of research participants, participating in the activities of the SHARING Multicultural Volunteer Corps, consisted of the middle categories of lived experiences such as subjective participation, opportunity for learning, my development and change, and confidence. The next upper category, Society through SHARING Multicultural Volunteer Corps, consisted of the middle categories of lived experiences such as social effect, social participation, and interaction. Finally, the Community called the SHARING Multicultural Volunteer Corps consisted of the middle categories of diversity, connections with similar people, teamwork, and inclusion and hospitality. The aspect of the lived experience was described in a way that inductively categorizes the subcategories of semantic units that make up each middle category. In order to analyze the meaning of the multinational volunteer group activity experience, a critical review was conducted through the characteristics of citizenship required in a multicultural society which are reconstructed through a theoretical background, and as a result, the meaning of the lived experience could be reinterpreted as the formation of citizenship in a multicultural society. The analysis was conducted by critically examining the recognition of diversity, realization of the universal value of human existence, attitude of compassion and coexistence beyond hatred, construction of new collective boundaries, multiple identities, shared identities, identity as local residents, reasonably solving problems in a multicultural society, new civic relationship according to diversity, constructive interaction, and critical thinking and social reformation as characteristics of citizenship required in a multicultural society. Finally, as an educational research, this study was able to examine the lived experience aspects of multinational volunteer group activities and the formation of citizenship required in a multicultural society through multicultural volunteer group activities, focusing on the definition, goals, and methods of multicultural education and intercultural education and revealing its implications. First, the SHARING Multicultural Volunteer Corps can function as an informal place of education for multicultural and intercultural education. Second, based on the lived experience of multinational volunteer group activities and the formation of citizenship required in a multicultural society, the SHARING Multicultural Volunteer Corps can create an effect that partially meets the goals of multicultural and intercultural education. Third, trying to distance one's cultural identity, because of extreme multinational situation in the SHARING Multicultural Volunteer Corps, presents a new challenge to intercultural education as an obstacle that makes it difficult to access the goals and procedural methods of intercultural education. Although this research focused on the unique and limited case of SHARING Multicultural Volunteer Corps, it was a process that deeply considered the lives of foreign students who are attracting attention in relation to local population annihilation and their participation as residents, and citizenship formation in a multicultural society.본 연구는 외국인 주민으로서 살아가는 다양한 국적을 가진 유학생들과 한국 학생들이 하나의 그룹으로서 대학에서 운영하는 나눔다문화봉사단 활동에 참여한 사례를 중심으로 2개 학기 이상 한국 사회에서의 봉사활동에 참여한 봉사자들을 연구 참여자로 하여 진행했다. 본 연구는 다국적 봉사단이라는 독특한 사례를 통한 다국적 봉사단원들의 체험 양상을 드러내고 다문화사회에서 요구되는 시민성의 특징들에 근거해 비판적 검토를 통한 체험의 의미 분석을 진행한 뒤 나아가 다문화사회와 관련한 교육학적 이론들로써 그 함의를 드러내고자 시도했다. 본 연구의 결과와 논의를 요약하면 다음과 같다. 나눔다문화봉사단 활동에 참여한 연구 참여자들의 다국적 봉사단 활동 체험 양상은 큰 상위 범주로서 나눔다문화봉사단에서의 나는 주체적 참여, 학습의 기회, 나의 발전과 변화, 자신감이라는 체험의 중위 범주로 구성되고 있었다. 다음 상위 범주인 나눔다문화봉사단을 통한 사회는 사회적 효과, 사회참여, 상호작용이라는 체험의 중위 범주로 구성되고 있었다. 끝으로 나눔다문화봉사단이라는 공동체는 다양성, 비슷한 사람들과의 유대, 팀워크, 포용과 환대라는 중위 범주로 구성되어 있었다. 체험의 양상은 각각의 중위 범주를 이루는 의미 단위의 하위 범주들을 귀납적으로 범주화하는 방식으로 드러내 기술하였다. 다국적 봉사단 활동 체험의 의미 분석을 위해 이론적 배경을 통해 재구성한 다문화사회에서 요구되는 시민성의 특징들을 통해 비판적 검토를 진행한 결과, 체험의 의미를 다문화사회에서의 시민성 형성으로 재해석 할 수 있었다. 분석은 다양성의 인정, 인간 존재의 보편적 가치를 실현, 혐오를 넘어 연민과 공존의 태도, 새로운 집단적 경계 구성, 다중적 정체성, 공유된 정체성, 지역주민으로서의 정체성, 다문화사회의 문제들을 합리적으로 해결, 다원성에 따른 새로운 시민적 관계, 건설적 상호작용, 비판적 사고와 사회개혁을 다문화사회에서 요구되는 시민성의 특징으로 하여 비판적으로 검토하는 방식으로 진행했다. 끝으로 본 연구는 교육학 연구로서 다국적 봉사단 활동 체험의 양상과 다국적 봉사단 활동을 통한 다문화사회에서 요구되는 시민성의 형성을 다문화교육과 상호문화교육의 정의, 목표, 방법을 중심으로 다시 살펴보고 나름의 함의를 드러낼 수 있었다. 첫째, 나눔다문화봉사단은 다문화교육과 상호문화교육의 무형식적 교육의 장으로서 기능할 수 있다. 둘째, 나눔다문화봉사단은 다국적 봉사단 활동 체험과 다문화사회에서 요구하는 시민성 형성을 바탕으로 다문화교육과 상호문화교육의 목표에 일정 부분 부합하는 효과를 만들어 낼 수 있다. 셋째, 나눔다문화봉사단에서 드러난 극단적인 다국적 상황인 상황에서 본인의 문화적 정체성을 생각해야 할 수밖에 없는 상황이기에 자신의 문화적 정체성과 거리를 두려는 모습은 상호문화교육의 목표와 절차적 방법의 접근을 어렵게 만드는 장애물로서 상호문화교육에 새로운 도전적 과제를 제시한다. 본 연구는 비록 나눔다문화봉사단이라는 독특하고 제한적인 사례를 중심으로 체험을 살핀 연구였지만 그 숫자가 늘어가고 있고 지방소멸과 관련하여 주목받고 있는 외국인 유학생들의 삶과 주민으로서의 참여, 그리고 다문화사회에서의 시민성 형성에 대해 깊이 고민할 수 있는 과정이었다.제 1장 서론 1 제 1절 연구의 필요성과 목적 1 제 2절 연구 문제 7 제 2장 이론적 배경 및 선행연구 9 제 1절 다문화사회에서 요구되는 시민성과 교육 9 1. 다문화사회에서의 시민성 9 2. 다문화교육과 상호문화교육 18 제 2절 선행연구 개관 31 1. 외국인 유학생의 봉사 참여 32 2. 다문화사회에서의 봉사 의미 39 제 3장 연구방법 47 제 1절 연구 현장과 연구 참여자 48 제 2절 연구과정 54 제 3절 연구의 범위와 한계 57 제 4장 나눔다문화봉사단에서의 체험 59 제 1절 나눔다문화봉사단 활동 59 1. 위클리 미팅 60 2. 봉사활동 66 제 2절 다국적 봉사단 활동 체험의 양상 85 1. 나눔다문화봉사단에서의 나 87 2. 나눔다문화봉사단을 통한 사회 94 3. 나눔다문화봉사단이라는 공동체 101 제 5장 다국적 봉사단 활동 체험의 의미 110 제 1절 이해 111 1. 다양성의 인정 111 2. 인간 존재의 보편적 가치를 실현 114 제 2절 태도 116 혐오를 넘어 연민과 공존의 태도 116 제 3절 공동체와 정체성 119 1. 새로운 집단적 경계 구성 120 2. 다중적 정체성, 공유된 정체성 124 제 4절 연대와 참여 129 1. 지역주민으로서의 정체성 129 2. 다문화사회의 문제들을 합리적으로 해결 132 제 5절 상호문화주의 136 1. 다원성에 따른 새로운 시민적 관계 136 2. 건설적 상호작용 141 제 6절 비판적 다문화주의 143 비판적 사고와 사회개혁 143 제 7절 다국적 봉사단 활동 체험의 의미 재해석 149 제 6장 논의 및 결론 152 제 1절 교육적 함의 152 제 2절 요약 157 제 3절 결론 166 참고문헌 170 자료 176 Abstract 177석

Design of Three Dimensional Photonic Crystal through Analysis of Photonic Band Structure

MasterThe three dimensional photonic crystal is promising material with the photonic band gap property. Thus the analysis and design of photonic crystal are essential for the development of mass fabrication technique.In this thesis, an analysis system for photonic band structure of photonic crystals has been developed. Then the system was applied for designing a new three-dimensional photonic crystal structure. The analysis system is based on the plane wave expansion method. From the periodic arrangement of materials, the Maxwell’s equations are transformed to the eigenvalue problem of matrices for each wave vector. The eigenvalues construct the photonic band structures of a photonic crystal. To verify the analysis system, analysis results for typical photonic crystals were compared to those in the literature. Validation was done for the case of face-centered cubic, diamond, and woodpile structures. For each case, trend of gap/midgap ratio with respect to some parameters was similar to the reference. The new design of three dimensional photonic crystals was ‘stack of structured films’ structure which is for the mass fabrication process. Film with poles, film with holes, and film with ribs were three types of structured films. For all of the film types, gap/midgap ratios tend to decrease if the film ratios are increased, or the refractive index ratios are decreased. Among the three, the film with ribs was the best to show a photonic band gap