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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15740290/
• 关键词: 乱流混合; 内部重力波; 内部潮汐波; 近慣性内部波; 海洋熱塩大循環; エネルギーカスケード; 海洋深層大循環; 三波共鳴非線形相互作用; 熱塩循環; 非線形相互作用

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。

Deep sea に お け る は turbulence mixing process, strong ocean heat の salt circulation さ や north-south heat throughput を コ ン ト ロ ー ル す る な important physical process で あ る こ と が general に hiroo く know さ れ て い る. Main な こ の turbulence mixing の エ ネ ル ギ ー supply source と exam え ら れ て い る の が, tidal flow と submarine topography の interaction に よ り wound up さ れ る internal tidal wave で あ る. Deep sea の turbulence mixing は, low wave number domain で wound up さ れ た internal tidal wave エ ネ ル ギ ー が takanami number field へ カ ス ケ ー ド ダ ウ ン す る こ と に よ っ て lead き up こ さ れ て い る. Before the annual ま で に reporter は, こ の internal tidal wave エ ネ ル ギ ー の グ ロ ー バ ル な spatial distribution を, now be な submarine topography, tidal フ ォ ー シ ン グ み を group into れ た three yuan the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り Ming ら か に し て き た. そ こ で は this year, before the annual た internal tidal wave の グ ロ ー バ ル distribution の intelligence に others 々 な waters で be applied さ れ て き た jettison type current meter (XCP) 観 measuring か ら presumption し た turbulence mixing coefficient の intelligence を integration す る こ と に よ っ て, turbulence mixing coefficient の グ ロ ー バ ル distribution の presumption 図 を world に 駆 first け て prompt し た. そ こ で は の spatial distribution, turbulence mixing coefficient が submarine topography distribution の み な ら ず latitude に も big き く dependent す る こ と, す な わ ち, turbulence mixed が 発 な ホ ッ ト ス ポ ッ ト が latitude 10 ° to 30 ° の 顕 the な submarine topography の weeks 辺 に qualified さ れ て exist す る, と い う tumblers deep い trace as が ら れ た. そ こ で, こ う し て have ら れ た turbulence mixing coefficient の spatial distribution の unseen fruit を adjustable べ る た め に, comparison of シ ン プ ル な モ ocean circulation デ ル を using し て の hot salt circulation the numerical be 験 を line っ た. そ の results, large space に き く variations change す る を turbulence mixing coefficient with い た occasions で も, now be な density stratification や cycle パ タ ー ン が reappearance さ れ う る こ と が confirm さ れ た. し か し な が ら, reappearance さ れ や た circulation heat throughput は small さ く や, Marine 観 test イ ン バ ー ジ ョ ン parsing か ら presumption さ れ る も の の half degree に し か な ら な か っ た. Presumption こ の こ と は し た turbulence mixing coefficient が too small review 価 で あ る こ と を mean し て お り, internal tidal wave に え て 気 great の 応 wind force に よ っ て wound up さ れ る almost inertial internal wave も turbulence mixing の important な エ ネ ル ギ ー supply source と し て consider す る necessary が あ る こ と が in stopping さ れ た. そ こ で, this year's は さ ら に 気 great origin の almost inertial internal wave の グ ロ ー バ ル な distribution を adjustable べ る た め に の 応 wind force, short cycle - move を consider し た the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be applied し た. そ の results, nearly inertia internal waves は に mid-latitude ス ト ー ム ト ラ ッ ク 帯 で wound up さ れ る こ と, excitation さ れ た almost inertial internal wave は low latitude direction に 伝 sowing す る も の の, そ の way on で submarine topography に よ る scattered を strong く by け る た め 伝 sowing が く strong resistance against さ れ る こ と が shown さ れ た.

项目成果

Bispectral Analysis of Energy Transfer within the Two-Dimensional Oceanic Internal Wave Field

• DOI: 10.1175/jpo2816.1
• 发表时间: 2005-11
• 期刊: Journal of Physical Oceanography
• 影响因子: 3.5
• 作者: N. Furuichi;T. Hibiya;Y. Niwa

Three-dimensional numerical simulation of M_2 internal tides in the East China Sea

东海M_2内潮汐三维数值模拟

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Geophysical Research-Oceans 109
• 作者: Yoshihiro Niwa;Toshiyuki Hibiya
• 通讯作者: Toshiyuki Hibiya

Yoshihiro Niwa, Toshiyuki Hibiya: "Three-dimensional numerical simulation of M_2 internal tides in the East China Sea"Journal of Geophysical Research-Oceans. (印刷中). (2004)

丹羽义博、日比谷敏之：“东海M_2内潮汐的三维数值模拟”，《地球物理研究海洋》（2004年出版）。

Global mapping of diapycnal diffusivity in the deep ocean based on the results of expendable current profiler (XCP) surveys

• DOI: 10.1029/2005gl025218
• 发表时间: 2006-02-15
• 期刊: GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS
• 影响因子: 5.2
• 作者: Hibiya, Toshiyuki;Nagasawa, Maki;Niwa, Yoshihiro
• 通讯作者: Niwa, Yoshihiro

丹羽 淑博: "外洋の内部波とその海洋力学における役割"海と生物. 25. 337-345 (2003)

Yoshihiro Niwa：“开放海洋中的内波及其在海洋动力学中的作用”《海洋与生物学》25. 337-345 (2003)。