海洋内部における力学的階層構造の詳細解明に向けた理論的研究

旨在阐明海洋内部详细的动力层次结构的理论研究

基本信息

批准号：
15J11690
负责人：
大貫陽平
金额：
$ 1.09万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までに構築した海洋内部波間の非線形共鳴理論を拡張し、全球における内部潮汐減衰率の高次元的な解析として、二種の計算を実施した。まず、共鳴過程を記述する運動学的方程式に含まれるモード和と空間積分の演算順序を入れ替えるという発想によって、鉛直座標に依存した共鳴強度の表現式を新たに導いた。この計算式は、Onuki and Hibiya (2015)において提唱したparametric subharmonic instability (PSI)の物理メカニズムにも直接合致するものである。得られた計算式を用いて内部潮汐と周囲の内部波との相互作用強度を全球三次元的に解析した結果、共鳴の卓越する中緯度海域において、海洋表層に集中した内部潮汐のエネルギー損失率分布を得た。この結果は、深層循環の再現モデルであるOka and Niwa (2013)で仮定されていた鉛直一様な潮汐散逸分布とは大きく異なるもので、次世代の循環モデル構築に向けて重要な提言を示すこととなった。さらに運動学的方程式の要素分解を行い、モード空間内におけるエネルギー伝達ルートの追加解析を行った。その結果、内部潮汐波列が低緯度側から臨界緯度に近づくにつれて、共鳴に寄与する波数成分が鉛直高次モードの近慣性波へとシフトし、臨界緯度近傍において共鳴強度が紫外発散を起こすことを確かめた。同時に、過去の計算の精度では高次モード成分の寄与が十分に組み込まれていなかったために、臨界緯度でのピークを再現できていなかったことを指摘した。また派生する内容として、運動学的方程式の拡張を行い、地衡流渦に伴う慣性重力波の散乱過程の統計力学的記述を行った。このテーマについては、現時点では深海混合や海洋循環に直接関わるような結果は得られていないが、近い将来に着手する波動-地衡流相互作用研究に向けた重要なステップとして位置付けることができる。

我们扩展了前一年开发的海洋内波之间的非线性共振理论，并进行了两种类型的计算，作为全球内潮汐衰减率的高维分析。首先，通过改变描述共振过程的运动学方程中包含的模态和和空间积分的阶数，我们导出了依赖于垂直坐标的共振强度的新表达式。该计算公式也直接符合Onuki和Hibiya（2015）提出的参数次谐波不稳定性（PSI）的物理机制。利用所得到的计算公式对内潮汐与周围内波相互作用强度进行全球三维分析发现，中纬度海洋中内潮汐能量损失率主要集中在海洋表层，共振频率较高。取得了主导地位。这一结果与Oka和Niwa（2013）中假设的垂直均匀潮汐耗散分布显着不同，该模型再现了深层环流，并为构建下一代环流模型提供了重要建议。此外，我们将运动学方程分解为元素，并对模态空间中的能量传递路径进行了额外的分析。结果，当内潮波列从低纬度侧接近临界纬度时，有助于共振的波数分量向垂直高阶模式的近惯性波移动，共振强度导致临界纬度附近的紫外线发散。我确认了这一点。同时他指出，过去的计算精度没有充分考虑高阶模分量的贡献，因此无法重现临界纬度处的峰值。此外，我们扩展了运动学方程，并提供了与地转涡旋相关的惯性重力波的散射过程的统计力学描述。尽管目前尚未获得与深海混合或海洋环流直接相关的结果，但它可以被定位为在不久的将来开始的波浪-地转流相互作用研究的重要一步。