남극 빙상 동역학 글렌 유동 법칙(Glen's Flow Law) & 1,000Hz 0-Alloc C# 빙하 기저부 마찰·빙상 붕괴 조기경보 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ZeliDesk.Defense.CryoPhysics
{
    /// <summary>
    /// 위성 레이더 고도계 및 현장 GPS 빙하 관측 프레임
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 8)]
    public readonly struct GlaciologyTelemetryFrame
    {
        public readonly double TimestampSeconds;
        public readonly double SurfaceElevationMeters; // 표면 표고 s (m)
        public readonly double IceThicknessMeters;     // 빙하 두께 H (m)
        public readonly double SurfaceSlopeRad;        // 표면 경사각 alpha (rad)
        public readonly double BasalWaterPressurePa;   // 아빙저수 수압 (Pa)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public GlaciologyTelemetryFrame(double timestamp, double elevation, double thickness, double slope, double waterPressure)
        {
            TimestampSeconds = timestamp;
            SurfaceElevationMeters = elevation;
            IceThicknessMeters = thickness;
            SurfaceSlopeRad = slope;
            BasalWaterPressurePa = waterPressure;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 빙상 동역학 서보 엔진 산출 결과
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 8)]
    public readonly struct IceSheetDynamicsResult
    {
        public readonly double SurfaceVelocityMPerYear;    // 연간 표면 유속 (m/yr)
        public readonly double BasalShearStressPascals;     // 기저 전단 응력 (Pa)
        public readonly double MassBalanceChangeRateMPerYr; // 빙하 두께 변화율 dH/dt (m/yr)
        public readonly bool IsMisiInstabilityRisk;        // MISI 붕괴 위험 플래그

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public IceSheetDynamicsResult(double vel, double stress, double dHdt, bool isRisk)
        {
            SurfaceVelocityMPerYear = vel;
            BasalShearStressPascals = stress;
            MassBalanceChangeRateMPerYr = dHdt;
            IsMisiInstabilityRisk = isRisk;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 0-Alloc C# 남극 빙상 동역학 및 기저 마찰 서보 엔진
    /// </summary>
    public ref struct IceSheetDynamicsGlenServoEngine
    {
        private const double IceDensity = 917.0;       // 얼음 밀도 (kg/m^3)
        private const double Gravity = 9.80665;        // 중력가속도 (m/s^2)
        private const double GlenN = 3.0;              // 글렌 지수 n=3
        private const double GlenA = 2.4e-24;          // -10도 얼음 유동 계수 (Pa^-3 s^-1)
        private const double SecondsInYear = 31557600.0;

        private double _lastThickness;
        private double _lastTimestamp;
        private double _filtereddHdt;
        private bool _isInitialized;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void Initialize(double initialThickness)
        {
            _lastThickness = initialThickness;
            _lastTimestamp = 0.0;
            _filtereddHdt = 0.0;
            _isInitialized = true;
        }

        /// <summary>
        /// 1,000Hz(1ms 주기) 위성 스트림 기반 글렌 유동 속도 및 붕괴 위험 산출 틱
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public IceSheetDynamicsResult ProcessTick(in GlaciologyTelemetryFrame frame)
        {
            if (!_isInitialized)
            {
                Initialize(frame.IceThicknessMeters);
            }

            double dt = frame.TimestampSeconds - _lastTimestamp;
            if (dt <= 0.0 || dt > 0.01) dt = 0.001; // 1ms 기본 주기
            _lastTimestamp = frame.TimestampSeconds;

            // 1. 기저 구동 전단 응력 산출: tau_d = rho * g * H * sin(alpha)
            double drivingStress = IceDensity * Gravity * frame.IceThicknessMeters * Math.Sin(frame.SurfaceSlopeRad);

            // 2. 글렌 유동 법칙 기반 빙체 내부 전단 변형 유속 산출:
            // u_def = (2A / (n+1)) * tau_d^n * H
            double deformationVelocity_m_s = (2.0 * GlenA / (GlenN + 1.0)) * 
                                             Math.Pow(drivingStress, GlenN) * 
                                             frame.IceThicknessMeters;

            // 3. 아빙저수 수압에 의한 기저 마찰 감소 및 바닥 활주 속도 (Weertman-Coulomb 활주 법칙)
            // 유효 과적 압력: N_eff = rho*g*H - P_water
            double overburdenPressure = IceDensity * Gravity * frame.IceThicknessMeters;
            double effectivePressure = Math.Max(overburdenPressure - frame.BasalWaterPressurePa, 1000.0);
            double slidingVelocity_m_s = 1e-12 * Math.Pow(drivingStress, 3.0) / effectivePressure;

            // 총 표면 유속 (m/년)
            double totalVelocity_m_yr = (deformationVelocity_m_s + slidingVelocity_m_s) * SecondsInYear;

            // 4. 빙하 두께 변화율(dH/dt) 산출 (연간 기준)
            double rawdHdt = (frame.IceThicknessMeters - _lastThickness) / dt * SecondsInYear;
            _lastThickness = frame.IceThicknessMeters;
            _filtereddHdt = 0.95 * _filtereddHdt + 0.05 * rawdHdt;

            // 5. 해양 빙상 불안정성(MISI) 붕괴 임계 판정:
            // 연간 유속 1,500m 초과 또는 연간 두께 손실 5m 초과 시 위험 경보
            bool isMisiRisk = (totalVelocity_m_yr > 1500.0) || (_filtereddHdt < -5.0);

            return new IceSheetDynamicsResult(
                vel: totalVelocity_m_yr,
                stress: drivingStress,
                dHdt: _filtereddHdt,
                isRisk: isMisiRisk
            );
        }
    }
}