高精度・海洋大循環モデル構築のための乱流拡散率のマッピング

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数値モデルで再現される熱塩海洋大循環のパターンが、海洋の中・深層における乱流拡散パラメータの値に依存して大きく変化することからも推察されるように、高精度の海洋大循環モデルの構築には、乱流混合の適確なパラメタリゼーションが必要不可欠である。海洋の中・深層における乱流混合は、主にスケールの小さな内部重力波の砕波によって行われているが、そのエネルギーは元々、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までカスケードアップしてくる。したがって、この内部波スペクトル内、励起スケールから乱流スケールまでのエネルギーカスケードアップ過程を理論的に解明できれば、より観測しやすい励起源の情報から、乱流混合の大きさやその空間分布を求めることが可能になる。そこで本研究では、まず、Hibiya et al.(1996)によって数値的に再現された内部波平衡スペクトルの鉛直低波数域、各周波数帯に外力を与えたときのスペクトルの応答を調べた。その結果、鉛直低次モード・ω〜2fに擾乱が与えられたとき、そのエネルギーが高鉛直波数・近慣性領域に効率的にカスケードアップされ、それに伴い流速場には鉛直スケールの小さなシア-流が次第に形成されて乱流混合が活発化することが示された。さらに、この鉛直低次モード・ω〜2fの擾乱が実際の海洋中においてどのような物理過程のもとに形成されるのかを調べるため、内部重力波場への主要なエネルギー供給源の一つである台風に注目し、3次元レベルモデル内において台風により励起された内部重力波場を対象にバイスペクトル解析を行った。その結果、鉛直第nモードと鉛直第(n+1)モード(5≦n≦15)の鉛直高次モードの近慣性内部重力波が非線形相互干渉することによって鉛直第1モード・ω〜2fの内部重力波が効率的に励起されていることが明らかにされた。