拡散型二重拡散対流がもたらす海洋大循環・気候への影響の解明

阐明弥漫双扩散对流对海洋环流和气候的影响

基本信息

批准号：
22KJ0600
负责人：
佐々木雄亮
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0600/
关键词：
二重拡散対流乱流

项目摘要

本研究の目的は、線形安定論や直接数値計算を用いた先行研究で提唱される「水平流速に弱い鉛直シアが存在する場合、低温低塩分な水が上層に存在する南大洋域や北太平洋亜寒帯域で従来の想定よりも広範に拡散型二重拡散対流が発生し、鉛直の熱輸送に寄与し得る」という仮説を現実の海洋における観測及び直接数値計算(DNS)の両面から検証することである。2022年度は、JAMSTEC観測船みらい航海(MR22-03)に乗船し、低温低塩分水が上層に存在し拡散型二重拡散対流が発生し得るとして本課題で注目する北太平洋亜寒帯海域(北緯47度、東経160度)において、水平流速及び水温の微細構造の連続観測データを取得した。得られた微細構造観測データをもとに鉛直方向の熱・物質輸送の定量的な見積もりを行ったところ、観測された高い水温消散率に対応して、従来の乱流鉛直混合の枠組みから推定されるものよりも1桁近く高い鉛直熱拡散係数が確認された。この結果は、既往の先行研究で拡散型二重拡散対流の役割が指摘されてこなかった北太平洋亜寒帯域においても広範に拡散型二重拡散対流が発生し、鉛直の熱輸送に寄与し得るという仮説を支持するものである。一方、これまで先行研究によって拡散型二重拡散対流の存否が議論されてきた極域と比較すると、北太平洋亜寒帯外洋域では大気擾乱によって海面付近に励起される近慣性振動及び近慣性内部波の砕波による乱流混合過程の影響も比較的大きいことが考えられる。実際に、北太平洋亜寒帯域で実施された今回の観測では、1時間～数日間という比較的短い時間スケールの間で変動する背景場に対応し、鉛直混合過程も変化していることが見受けられた。現在、拡散型二重拡散対流によるものと考えられる高い鉛直熱輸送を実現する、背景場の水温・塩分、及び水平流速シア等の条件を明らかにする為の詳細な解析を試みている。

本研究的目的是利用线性稳定性理论和直接数值计算来解释以往研究中提出的“在存在垂直剪切，水平流速较弱的情况下”，以验证“扩散-从真实海洋的观测和直接数值计算（DNS）来看，“双扩散对流在亚北极地区的发生范围比之前假设的更广泛，并且可能有助于垂直热传输”。确实如此。 2022财年，我们将搭乘JAMSTEC科考船Mirai Voyage (MR22-03)前往北太平洋亚北极海域进行探索（47N，在160°E获得水平海流速度和水温精细结构的连续观测数据）和 160°E。我们根据获得的精细结构观测数据定量估计了垂直热质量传输，发现针对观测到的高水温耗散率，我们使用传统的湍流垂直混合框架估计了垂直热扩散率。比预期高出近一个数量级。这一结果表明，即使在以前的研究中没有指出弥散双扩散对流作用的北太平洋亚北极地区，弥散双扩散对流也广泛发生，并且可以促进垂直热输送，这支持了这一观点。假设。另一方面，与极地地区以往的研究中一直争论是否存在弥漫性双扩散对流相比，在北太平洋亚北极公海地区，近惯性振荡和近惯性内波在北太平洋附近激发。海面受大气扰动的影响，认为破浪引起的湍流混合过程的影响也比较大。事实上，在目前在亚北极北太平洋进行的观测中，观察到垂直混合过程也会随着背景场的变化而变化，该背景场在一小时到几天Ta的相对较短的时间范围内波动。我们目前正在进行详细分析，以阐明实现高垂直热传输的背景水温、盐度和水平速度剪切等条件，这被认为是由于扩散双扩散对流所致。

项目成果

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Estimate of turbulent energy dissipation rate using free-fall and CTD-attached fast-response thermistors in weak ocean turbulence

使用自由落体和 CTD 快速响应热敏电阻估计弱海洋湍流中的湍流能量耗散率

DOI：
10.1007/s10872-020-00574-2
发表时间：
2021
期刊：
Journal of Oceanography
影响因子：
2.3
作者：
Yasuda Ichiro;Fujio Shinzou;Yanagimoto Daigo;Lee KeungJong;Sasaki Yusuke;Zhai Shuo;Tanaka Mamoru;Itoh Sachihiko;Tanaka Takahiro;Hasegawa Daisuke;Goto Yasutaka;Sasano Daisuke
通讯作者：
Sasano Daisuke

西部北太平洋亜寒帯域における乱流計搭載フロートによる長期乱流観測

使用配备湍流计的浮标对西北太平洋亚北极地区的湍流进行长期观测