海洋内部重力波のエネルギーバランスに基づく乱流混合係数のグローバル分布の解明

基于海洋内部重力波能量平衡阐明湍流混合系数的全局分布

基本信息

批准号：
15740290
负责人：
丹羽淑博
金额：
$ 2.37万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

海洋深層における乱流混合過程は、海洋熱塩大循環の強さや南北熱輸送量をコントロールする重要な物理過程であることが一般に広く認識されている。この乱流混合の主要なエネルギー供給源と考えられているのが、潮汐流と海底地形の相互作用により励起される内部潮汐波である。海洋深層の乱流混合は、低波数域で励起された内部潮汐波エネルギーが高波数域へカスケードダウンすることによって引き起こされている。前年度までに報告者は、この内部潮汐波エネルギーのグローバルな空間分布を、現実的な海底地形・潮汐フォーシングを組み入れた三次元数値シミュレーションにより明らかにしてきた。そこで本年度は、前年度得た内部潮汐波のグローバル分布の情報に様々な海域で実施されてきた投棄型流速計(XCP)観測から推定した乱流混合係数の情報を統合することによって、乱流混合係数のグローバル分布の推定図を世界に先駆けて提示した。そこでは、乱流混合係数の空間分布が海底地形分布のみならず緯度にも大きく依存すること、すなわち、乱流混合が活発なホットスポットが緯度10°〜30°の顕著な海底地形の周辺に限定されて存在する、という興味深い描像が得られた。そこで、こうして得られた乱流混合係数の空間分布の効果を調べるために、比較的シンプルな海洋大循環モデルを利用して熱塩大循環の数値実験を行った。その結果、空間的に大きく変化する乱流混合係数を用いた場合でも、現実的な密度成層や循環パターンが再現されうることが確認された。しかしながら、再現された循環量や熱輸送量は小さく、海洋観測やインバージョン解析から推定されるものの半分程度にしかならなかった。このことは推定した乱流混合係数が過小評価であることを意味しており、内部潮汐波に加えて大気擾乱の風応力によって励起される近慣性内部波も乱流混合の重要なエネルギー供給源として考慮する必要があることが示唆された。そこで、本年度はさらに大気擾乱起源の近慣性内部波のグローバルな分布を調べるために、短周期の風応力変動を考慮した数値シミュレーションを実施した。その結果、近慣性内部波は主に中緯度ストームトラック帯で励起されること、励起された近慣性内部波は低緯度方向に伝播するものの、その途上で海底地形による散乱を強く受けるため伝播が強く阻害されることが示された。

人们普遍认识到，深海层中的湍流加工过程是一个重要的物理过程，它控制了海洋热盐循环的强度和北部 - 南北热运输的量。这种湍流混合物的主要能源供应源是内部潮汐波，这对于潮汐与海底地形之间的相互作用令人兴奋。深海层的湍流混合物是由内部潮汐波浪能引起的，这在低波范围内令人兴奋，至高波范围。到上一年，记者通过三维值模拟揭示了这种内部潮汐波能量的全球空间分布，其中包含了逼真的海底地形和潮汐捕捞。因此，在这个财政年度中，关于在上一年获得的内部潮汐波的全球分布中实现的转储 - 类型流量计（XCP）观察的湍流混合系数的信息已集成，因此估计混合系数的全球分布图在世界前面呈现。在那里，湍流混合物系数的空间分布不仅取决于海床的地形分布，而且还取决于纬度，即湍流混合的热点在10°至30°的突出海床地形附近获得了有限且存在的图纸。因此，为了检查获得的湍流混合系数的空间分布的影响，使用相对简单的海上循环模型进行了热盐循环的数值实验。结果，已经证实，即使湍流混合系数在空间上发生巨大变化时，密度层和循环模式也可以再现。但是，再现的循环量和热运输量很小，只有一半的海洋观察和反式分析。这意味着估计的湍流混合物系数被低估了，除了内部潮汐波以及空气干扰令人兴奋的惯性内波，这是湍流的重要能源。考虑一下。因此，在这个财政年度，考虑了短循环的波动，进行了数值模拟，以检查空气干扰的近距离内部波的全球分布。结果，惯性的内波主要在媒介的风暴卡车带中令人兴奋，并且兴奋的内波在低纬度方向上传播，但是由于海底地形而来，传播的繁殖强烈散布被证明是强烈抑制的。