海洋の中・深層での内部重力波の砕波に伴う乱流拡散率のマッピング

与中海和深海内部重力波破裂相关的湍流扩散率绘图

• 批准号: 07640563
• 负责人: 日比谷 紀之
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07640563/
• 关键词: 内部重力波; 砕波; 乱流拡散率; 非線形相互干渉; エネルギー・カスケードアップ; 内部波平衡スペクトル; 近慣性流; 大気擾乱

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は、海洋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。この乱流混合のエネルギーは、低波数域で大気擾乱などにより供給され、内部重力波の非線形相互干渉を通じて波数スペクトル空間を乱流スケールなでカスケードアップすると考えられている。したがって、このエネルギーカスケードアップ過程が明らかになれば、海洋の中・深層における乱流混合率を、大気擾乱など内部重力波の励起源の情報をもとに推定することが可能になる。以上の観点から、本研究では、まず、海洋上を伝播する大気擾乱による内部重力波の励起機構について数値実験を行い、大気擾乱の伝播に伴って、海洋上層で強い近慣性流(ω〜f)が誘起されるとともに、それらの非線形相互作用により、鉛直低モード・周波数ω〜2fの内部重力波が生成されることを明らかにした。さらに、これらの外力を想定し、Hibiya etal.(1996)によって得られた内部波平衡スペクトル内の鉛直低モードの慣性域(ω〜f)、および、鉛直低モード・周波数ω〜2fの領域に、それぞれスペクトルのバンプ(擾乱)を初期に与え、その後のスペクトルの時間発展を調べた。その結果、鉛直低モードの慣性域に擾乱を与えても、鉛直高波数域へのエネルギーカスケードアップはほとんどおこらないのに対し、鉛直低モード・周波数ω〜2fの領域に擾乱を与えると、非線形相互干渉によって、鉛直高波数の近慣性域へとエネルギーが輸送されるため、海洋の中・深層において鉛直スケールの小さな近慣性流シア-が強まり、これに伴って形成された限界層に内部重力波が吸収されることで、乱流混合が活発におきることが明らかにされた。

海洋中的小规模湍流扩散过程，特别是跨等重线的混合，是控制海洋环流的重要物理过程。内部重力波的破裂起着重要作用，但在海洋中层和深层尚未对其进行估计，因此一般环流模型仍然存在很大的不确定性。这种湍流混合的能量由低波数区域的大气扰动提供，并且被认为通过内部引力波的非线性相互干涉在湍流尺度上级联波数谱空间。因此，如果弄清楚这种能量级联过程，就有可能根据来自大气扰动和其他内部重力波激发源的信息来估计中层和深海层的湍流混合速率。基于上述观点，本研究首先对海洋上空传播的大气扰动引起的内部重力波的激发机制进行了数值实验，发现随着大气扰动的传播，会产生强烈的近惯性流（ω ~f ) 被感应，它们的非线性相互作用产生频率为 ω~2f 的垂直低模内引力波。此外，假设这些外力，Hibiya等人(1996)获得的内波平衡谱中的垂直低模惯性区域(ω ~ f)和垂直低模频率ω ~ 2f区域为 。在开始时应用光谱凹凸（干扰）并研究光谱的后续时间演化。因此，即使对垂直低模惯性区域施加扰动，也几乎没有能量级联到达垂直高波数区域，而当对垂直低模/频率 ω ~ 2f 施加扰动时区域，非线性 由于相互干扰，垂直波数较高随着能量向近惯性区域输送，中、深海层垂直尺度较小的近惯性流切变增强，内部重力波被由此形成的边缘层吸收。湍流混合活跃发生。

项目成果

丹波 淑博,日比谷 紀之: "海洋大循環モデルにおけるサブグリッドスケールの運動" 北海道大学大型計算機センターニュース. 27. 17-23 (1995)

Yoshihiro Tanba、Noriyuki Hibiya：“海洋环流模型中的次网格尺度运动”北海道大学大型计算机中心新闻 27. 17-23 (1995)。

Hibiya,T.et.al: "Direct Numerical Simulation of the Rolloff Range of Internal Wave Shear Spectra in the Ocean" Journal of Geophysical Research. 101. In Press (1996)

Hibiya,T.et.al：“海洋内波剪切谱滚降范围的直接数值模拟”地球物理研究杂志。

Hibiya,T.: "Generation of Internal Waves byStrong Tidal Flow Over a Continental Shelf Slope" Proceedings of the JSPS-VCC Joint Seminar on Marine Science ed.by Mohd.Zaki Mohd.Said,Univ.Pertanian Malaysia,Malaysia. (In Press). (1996)

Hibiya,T.：“大陆架斜坡上的强潮汐流产生内波”JSPS-VCC 海洋科学联合研讨会论文集，作者：Mohd.Zaki Mohd.Said，马来西亚 Pertanian 大学，马来西亚。

西野 茂人,金成 誠一,日比谷 紀之,見延 庄士郎: "北太平洋の中層循環" 北海道大学地球物理学研究報告. 58. 1-19 (1995)

Shigeto Nishino、Seiichi Kananari、Noriyuki Hibiya、Shojiro Minobu：“北太平洋的中层环流”北海道大学地球物理研究报告 58. 1-19 (1995)。

丹波 淑博,日比谷 紀之: "海洋内部波の非線形相互作用による乱流スケールへのエネルギーカスケードアップ過程の数値実験" 京都大学数理解析研究所講究録、研究集会「波の非線形現象の数理とその応用」. (印刷中). In Press (1996)

丹波义宏、日比谷纪之：“由于海洋内部波浪的非线性相互作用，能量级联过程至湍流尺度的数值实验”京都大学数学科学研究所讲座记录，研究会议“非线性波浪现象的数学及其应用” 》（正在出版）。