Identification of convectively-driven efficient turbulent mixing hotspots

对流驱动的高效湍流混合热点的识别

基本信息

批准号：
22K14096
负责人：
伊地知敬
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14096/
关键词：
深海乱流混合混合効率対流不安定内部重力波砕波

项目摘要

地球の長期気候変動を強くコントロールする深層海洋大循環を把握するためには、ブラックボックスとなっている深海におけるミクロな乱流混合の全球的な定量化が欠かせない。しかしながら、その進展を阻む大きな要因となっているのが、深海乱流への主要なエネルギー供給源を全て考慮しても、深層海洋大循環を維持するのに必要とされる乱流混合強度の存在を説明することができていない状態、いわゆるMissing Mixing問題である。本研究では、従来、海洋乱流の駆動機構として暗黙のうちに仮定されてきた「シアー不安定」よりも、はるかに効率的に優れた「対流不安定」によって駆動される深海乱流混合のホットスポットを同定することで、Missing Mixing問題の解決を目指していく。対流不安定によって駆動される乱流ホットスポットの有力候補として、本研究では大振幅の内部潮汐波の励起源を考えている。一年目の本年度は、その代表的な海域であるルソン海峡において過去の国際観測プロジェクトIWISEで取得された大規模乱流データを再解析した。大潮小潮周期をカバーした合計80もの乱流プロファイルを平均して見積もった正味の乱流混合効率は、上層では従来仮定されている20%程度であった一方で、海底近傍では約50%にも及ぶことがわかった。さらに、この対流不安定に特有な高い混合効率が見られた海底近傍では、鉛直スケールO(100) mもの大きな密度逆転を伴う非常に強い乱流イベントが頻繁に観測され、海底で励起された大振幅の内部潮汐波の直接砕波が効率的に優れた対流不安定によって主に引き起こされていることを支持する、期待通りの結果が得られた。

为了理解深海一般循环，强烈控制地球上的长期气候变化，全球量化深海中的微动力混合至关重要，这是一个黑匣子。但是，阻碍这种发展的主要因素是所谓的缺失混合问题，即即使考虑到深海湍流的所有主要能源，也无法解释维持深海一般循环所需的湍流混合强度的存在。在这项研究中，我们旨在通过确定由“对流不稳定性”驱动的深海湍流混合的热点来解决缺失的混合问题，这比已被隐式假定为海洋湍流的驱动机制的“海洋不稳定”要高得多。这项研究将大振幅内部潮汐波的激发源视为对流不稳定性驱动的湍流热点的潜在候选者。今年，第一年，我们重新获得了通过代表海域吕宋岛海峡的过去国际观察项目获得的大规模湍流数据。发现通过以前假定的上层假定，净湍流混合效率估计，覆盖潮汐周期的80个湍流轮廓约为20％，而在海底附近达到约50％。此外，在海底的附近观察到了这种对流不稳定的高混合效率特征，经常观察到非常强的湍流事件，其密度反转与垂直尺度O（100）m一样大，从而提供了预期的事实，从而支持了这一事实，即在海拔的大型内部潮流中的直接破裂波被海拔稳定而高效，并且非常有效地引起了高效的高效和高效。