縁辺海における深層流の力学-渦成深層循環の力学機構-

边缘海洋深海流动力学 - 涡流深部环流的机械机制 -

基本信息

批准号：
17740315
负责人：
吉川裕
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

深層水形成に伴う深層海水の伸縮は、渦位保存の制約により深層に循環(熱塩循環)を引き起こす。一方、深層水形成過程で生じた渦は、海底斜面上に循環(渦成循環)を形成しうる。前年度までに、二層模型を用いた数値実験を行い、熱塩循環および渦成循環とも斜面を右に見る深層流を形成すること、渦成循環がある場合にはそのような深層流は数倍程度強くなることを確認した。本年度においては、熱塩循環と渦成循環の特徴をより明瞭にするため、三層模型を用いた実験を新たに行った。第二層に外洋型の深い対流に伴う海水形成を模した外力を与え、渦の発生を抑制した実験(熱塩循環のみ再現)と渦の発生を許容した実験(熱塩および渦成循環を再現)を行った。その結果、両実験とも第二・三層で浅い領域を右に見る流れを生成した。しかし、渦抑制実験においては、外力の直接加わっていない第三層では第二層に比べて渦柱の伸縮が弱く、その結果第三層の流れは第二層の流れに比べて弱いものとなった。一方渦許容実験においては、海底地形の効果を直接受ける第三層での流れが最も強い結果となった。このように、熱塩循環は海水形成を伴う層の循環を強化するが、渦成循環は最下層の循環を強化するという、両循環の定性的な特性の違いを確認できた。さらに渦成循環の駆動機構を明らかにするため、第三層における循環方程式を調べた。その結果、定常状態においては、相対渦度の渦運動フラックスと層厚の渦運動フラックスが、同程度に渦成循環を駆動していることがわかった。また、これらのフラックスは、渦位フラックスとみなすこともでき、渦運動が生成する平均流に関する先行研究とも矛盾しない結果となった。本実験結果は、深層水形成に伴う渦成循環が、新成水の形成層だけでなくそれより下層の海水の水平輸送を引き起こすことを意味している。本実験で与えた外力は、日本海や北極海、オホーツク海など、極域の縁辺海における深層水形成を模したものであることを考慮すると、それらの海域における深層永平循環を定量的に再現するためには、渦成循環の寄与を正しく考慮する必要があることを強く示唆する結果である。

深海深水伴随着深水形成的膨胀和收缩会导致深层循环（热盐循环），这是由于涡旋位置保留的限制。另一方面，在深水形成过程中产生的涡流可以在海底坡上形成循环（边缘循环）。直到上一年，使用两层模型进行了数值实验，以确认热盐循环和涡流循环均形成了右侧斜率的深水，并且在涡流循环的情况下，这种深流量变得更强烈。在今年，我们使用三层模型进行了一项新的实验，以使热盐循环和涡流循环的特征更加清晰。进行了一个实验，在该实验中，将外力模拟了由于在开阔的海洋中深深对流而形成的海水的形成，将其应用于第二层以抑制涡流的产生（仅繁殖热盐循环），并实验允许涡旋（再现热氨基盐和涡流循环）。结果，两个实验在右侧的浅区域的第二和第三层中产生了流动。但是，在涡旋抑制实验中，与第二层相比，第三层涡流柱的膨胀和收缩较弱，在该实验中，没有直接施加外力，因此，第三层的流量比第二层的流动较弱。另一方面，在涡旋耐受实验中，最强的结果是第三层的流动，直接受海床地形影响。通过这种方式，我们可以看到两种循环的定性特性有所不同，在这种循环中，热盐循环增强了层形成层的循环，而涡流循环则增强了最低层的循环。此外，为了阐明涡流循环的驱动机制，研究了第三层的循环方程。结果，发现在稳定状态下，相对涡度的涡流运动通量和层厚度的涡流运动通量驱动涡流循环的程度相同。这些通量也可以视为涡旋通量，这与先前关于涡旋运动产生的平均流量的研究一致。该实验的结果表明，涡流循环伴随着深水形成，导致海水的水平运输不仅是新水的级联，而且还引起了下层。考虑到本实验中提供的外部力量模仿了极地海洋中深水的形成，例如日本海，北极海洋和俄克拉荷斯州的海，这结果强烈表明必须正确考虑涡流循环的贡献，以定量地重现这些海洋中深处的循环。