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

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。

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。