海洋中における乱流拡散の機構解明とそのパラメータ化

海洋湍流扩散机制及其参数化的阐明

• 批准号: 05740293
• 负责人: 日比谷 紀之
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05740293/
• 关键词: 内部波; 砕波; 乱流拡散; 普遍平衡スペクトル; 非線形相互干渉; エネルギー輸送; 近慣性流; パラメータ化; 内部波; 砕波; 乱流拡散; 普遍平衡スペクトル; 非線形相互干渉; エネルギー輸送; 近慣性流; パラメータ化

成層海洋中における内部波の砕波は、等密度線を横切る方向の拡散・混合過程(diapycnal mixing)に主要な役割をはたすことにより、海洋大循環など大規模な海洋現象をもコントロールしていることが知られている。この内部波の砕波に伴う乱流混合・拡散過程は、低波数領域における大気擾乱から海洋中へのエネルギー流入に伴って行われていることは指摘されているものの、このエネルギーがどのような形で乱流拡散の行われる高波数領域まで輸送されてくるのかについては明らかにされていない。本研究では、実際に海洋の中・深層に存在する内部波の普遍平衡スペクトル(ギャレット・ムンクの平衡スペクトル)とそれを支える主要な機構と考えられる内部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の方程式を直接に数値積分することにより、大気擾乱によって成層海洋中に加えられたエネルギーが内部波の3波共鳴を通じて次第に平衡スペクトルを形成していく過程を再現するとともに、こうして得られた平衡スペクトルが大気擾乱によって一時的に乱されたとき、その擾乱エネルギーがスペクトル内を乱流スケールまでどのような過程で輸送されていくのかを調べた。その結果、大気擾乱から与えられたエネルギーが内部波の「弱非線形干渉(3波共鳴)」を通じてまず高鉛直波数の近慣性周波数領域へと流れ、さらにその結果発達した近慣性流に伴う鉛直スケール10m程度の鉛直シア-との「強い非線形干渉(限界層吸収やシア-不安定)」を通じて高波数内部波が砕波するという一連のエネルギー輸送過程の存在していることが明らかにされた。さらに、大気擾乱など外力の働く「低波数領域」と乱流拡散の働く「高波数領域」との異スケール間を、この数値計算で直接見積もられる「エネルギーの流れ」で結びつけることにより、海洋中における乱流拡散過程のパラメータ化を試みた。

众所周知，分层海洋中的内部波浪中断波浪在跨同性恋线的方向上的二比混合中起主要作用，并且还控制着大规模的海洋现象，例如海洋循环。有人指出，由于低波浪数区域的大气干扰和进入海洋的能量流动，湍流混合和扩散过程伴随着破裂的内波，但尚未揭示该能量如何运输到发生湍流扩散的高波数区域。在这项研究中，我们集中在海洋中部和深海中实际存在的内部波的通用平衡光谱以及内部波的非线性互动的力学，这被认为是支持它们的主要机制。通过直接整合原始潮湿的潮汐方程，我们通过大气扰动逐渐通过内部波的三波谐振形成平衡光谱，从而将能量逐渐形成平衡光谱，并研究产生的平衡能量如何通过平衡范围内的流动性地逐渐渗透，从而在均衡范围内传递了平衡能量。 As a result, it was revealed that there is a series of energy transport processes in which energy given by atmospheric disturbances flows first through the "weak nonlinear interference (three-wave resonance)" of internal waves first into the near-inertial frequency domain with high vertical wave numbers, and then the high-wave number internal waves break through the "strong nonlinear interference (limited layer absorption and shear unstable)" with the vertical shear, which is about 10m inertial比例，伴随着近惯性流。此外，我们试图通过连接“低波数区域”之间的尺度来参数化海洋中的湍流扩散过程，其中外部力（例如大气扰动）和“高波数区域”，其中使用该数值计算直接估算了湍流扩散的“高波数区域”。