内部重力波の非線形相互干渉による乱流スケールへのエネルギー輸送過程

内引力波非线性相互干扰导致的湍流能量传输过程

• 批准号: 06640552
• 负责人: 日比谷 紀之
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06640552/
• 关键词: 内部波; 砕波; 非線形相互干渉; エネルギー輸送; 直接数値計算; 近慣性流シア-; 乱流拡散率; パラメータ化

海洋大循環の数値モデルで再現される循環パターンが、海洋の中・深層における混合パラメータの値に依存して大きく変化するように、海洋中のスケールの小さな乱流・拡散過程、特に、等密度線を横切る方向の混合(diapycnal mixing)は、大循環をもコントロールしている重要な物理過程である。内部重力波の砕波はその主要な役割をはたしているが、海洋の中・深層におけるその見積りは未だなされておらず、このため、大循環モデルには大きな不確定要素が残されている。本研究では、このdiapycnal mixingの見積もりのため、海洋の中・深層に存在するギャレット・ムンクの平衡内部波スペクトル、およびそれを支える主要な機構と考えられる内部重力波の非線形相互干渉の力学に注目し、プリミティブのナヴィエ・ストークス方程式を直接数値積分することにより、内部重力波のエネルギーが平衡スペクトル内を低波数域から乱流スケールまでカスケードアップしていく過程を調べた。その結果、海洋の中・深層で普遍的に観測される内部波シア-スペクトルの鉛直10mスケールでの折れ曲がり、さらにそれに続く乱流スケールまでの、いわゆるSaturation Rangeでのスペクトル構造が、鉛直スケール20m-100mの近慣性流のシア-レベルに強く依存して再現され、この鉛直スケールの近慣性流シア-によって形成された限界層での高波数の内部重力波の砕波が乱流域までのエネルギーカスケードアップの主要な機構であることが明らかにされた。さらに、海洋各地点におけるこの近慣性流のシア-レベルは、実際には、内部重力波の究極的なエネルギー源である大気擾乱、すなわち、大洋上を通過していく台風や低気圧のふるまいに依存して決められていることから、海洋の中・深層における乱流拡散率の見積りのためには、海洋各地点での近慣性流シア-のレベルおよびその変動を、大気擾乱との絡みにおいて明らかにする必要のあることが示唆された。

正如海洋环流数值模型再现的环流模式根据中海层和深海层混合参数的值而有很大差异一样，海洋中的小尺度湍流和扩散过程，尤其是等密度过程也很重要。深密混合是一个重要的物理过程，也控制着整体循环。破碎的内部重力波在其中发挥了重要作用，但尚未对海洋中层和深层的内部重力波进行估计，因此，一般环流模型仍然存在很大的不确定性。在本研究中，为了估计这种双重混合，我们重点关注海洋中深层存在的Garrett-Munk平衡内波谱，以及内引力波非线性相互干扰的动力学，考虑了然后，通过直接对原始纳维-斯托克斯方程进行数值积分，我们研究了内引力波的能量在平衡谱中从低波数区域级联到湍流尺度的过程。结果，在海洋中层和深层普遍观察到的内波剪切谱在10 m垂直尺度上发生弯曲，以及随后达到湍流尺度的所谓饱和。该范围内的光谱结构被再现为强烈依赖于 20 m 至 100 m 垂直尺度上的近惯性流的剪切水平，以及由近惯性流形成的极限层中高波数的内部重力。研究表明，波破碎是能量级联到达湍流区域的主要机制。此外，海洋中每个点的近惯性流的剪切水平实际上受到大气扰动的影响，而大气扰动是内部重力波的最终能量来源，即台风和气旋经过海洋的行为。为了估计海洋中层和深层的湍流扩散率，必须根据大气扰动来评估海洋中每个点的近惯性流切变水平及其波动。澄清。

项目成果

Hibiya,T.: "Excitation Mechanisms of the Abiki Phenomenon (a Kind of Seiche) in Nagasaki Bay,Western Japan" Proc.of the Second International Symp.“Exploitation of Marine Resources"ed.by K.W.Lee,Marine Research Institute,Cheju National Univ.,Korea. (in Pre

Hibiya, T.：“日本西部长崎湾的 Abiki 现象（一种 Seiche）的激发机制”，济州海洋研究所《第二届国际海洋资源开发》会议论文。韩国国立大学。

Matsuno,T,S.Kanari,C.Kobayashi and T.Hibiya: "Vertical Mixing in the Bottom Mixed Layer Near the Continental Shelf Break in the East China Sea" Journal of Oceanography. 50. 437-448 (1994)

Matsuno，T，S.Kanari，C.Kobayashi 和 T.Hibiya：“东海大陆架断裂附近底部混合层的垂直混合”海洋学杂志。

日比谷 紀之: "内部波の非線形干渉による乱流スケールへのエネルギー輸送過程" 月刊 海洋. 号外No.6. 31-35 (1994)

Noriyuki Hibiya：“由于内波的非线性干扰而导致的湍流能量传输过程”月刊特刊第 6 期。31-35（1994 年）。

Ogasawara,M.and T.Hibiya: "A Numerical Study of the Fortnightly Modulation of Basin-Ocean Water Exchange Across a Tidal Mixing Zone" Journal of Geophysical Research. 100(in Press). (1995)

Ogasawara,M. 和 T.Hibiya：“潮汐混合区盆地-海洋水交换每两周调节的数值研究”地球物理研究杂志。