海冰浮冰中聚类过程的分子动力学模拟

在季节性结冰海域和常年冰盖边缘，即在中等冰浓度的区域，冰盖通常由通过非弹性碰撞相互作用的独立浮冰组成。本文利用此前未被探索的此类冰盖与二维颗粒气体之间的类比，构建了浮冰尺度的冰动力学模型。该模型包括：(i) 碰撞间浮冰运动的动量方程，表述为 Stokes 流问题，具有依赖浮冰尺寸的时间常数和平衡速度；(ii) 硬圆盘碰撞模型。开发的数值算法适用于模拟具有任意尺寸分布的 $N$ 个圆盘状浮冰的颗粒 laden 流。该模型应用于研究具有幂律浮冰尺寸分布的海冰中的聚类现象。特别地，详细分析了平均冰浓度 $\bar{A}$ 对聚类形成和特征的影响。结果表明存在两种机制，分别对应低冰浓度和高冰浓度，其在聚类尺寸分布的指数和最大聚类尺寸方面有所不同。