Mechanisms of dominant vertical high wavenumber near inertial shear and strong turbulence in the Okinawa Trough and the Tokara Strait

• Project Area: Ocean Mixing Processes: Impact on Biogeochemistry, Climate and Ecosystem
• Project/Area Number: 18H04914
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tokyo University of Marine Science and Technology
• Principal Investigator: 長井 健容 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (90452044)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 黒潮 / トカラ海峡 / 海山 / 対称不安定 / 乱流混合 / 近慣性内部波 / 日向灘 / 内部波最小周波数 / 乱流 / 沖縄トラフ / PSI / 臨界緯度

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、黒潮源流から上流での乱流混合が発生するメカニズムとその影響に関して、現場観測と数値実験を実施した。2016年にトカラ海峡において実施した現場観測の結果、黒潮がトカラ海峡の海山上を流れる上流側の海山近傍で、鉛直波長100m程度の帯状のシアに関連した帯状の強い乱流層が形成されていることが初めて明らかとなった。さらに2017年にトカラ海峡で同様な観測を実施した結果、水平規模100kmで厚さ数100mという広範囲にわたって強い乱流層が亜表層で形成されていることが初めて明らかとなった。数値実験と2018年、2019年に実施した海山周辺に焦点を絞った観測の結果、このような広範囲に及ぶ強い乱流層は、黒潮が海山の斜面で生成する負の渦位に伴う対称不安定によって発生していることが示唆された。また、海山近傍で観測や数値モデルで確認できる近慣性内部波は、これらの海山周りの擾乱が二次的に発生させている可能性がある。台湾東方沖の黒潮源流域I-Lan Ridgeで実施した観測では、黒潮の影響は弱かったものの、台湾海峡越流が海嶺境界で生成する負の渦位を形成すると思われる箇所で強い乱流が観測され、負の渦位が普遍的にサブメソスケールの乱流層を形成する可能性が示唆された。一方、下流の日向灘沖では二次的に生成された近慣性内部波が、黒潮流軸付近で捕捉され著しく強い乱流を発生させている事が観測から明らかとなった。これらのことは、黒潮や恒流が海底地形で負の渦位を生成し、そこでの直接的な乱流層の形成、その周辺での近慣性内部波の生成とそれに伴う二次的な乱流の発生が、普遍的に発生していることを示唆する。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Phytoplankton growth and consumption by microzooplankton stimulated by turbulent nitrate flux suggest rapid trophic transfer in the oligotrophic Kuroshio (2020)
  • Author(s): Kobari Toru、Honma Taiga、Hasegawa Daisuke、Yoshie Naoki、Tsutsumi Eisuke、Matsuno Takeshi、Nagai Takeyoshi、Kanayama Takeru、Karu Fukutaro、Suzuki Koji、Tanaka Takahiro、Guo Xinyu、Kume Gen、Nishina Ayako、Nakamura Hirohiko
  • Journal Title: Biogeosciences Volume: 17 Issue: 9 Pages: 2441-2452
  • DOI: 10.5194/bg-17-2441-2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiscale routes to supply nutrients through the Kuroshio nutrient stream (2019)
  • Author(s): Nagai, T., S. Clayton & Y. Uchiyama
  • Journal Title: Kuroshio Current: Physical, Biogeochemical and Ecosystem Dynamics Volume: 243 Pages: 105-125
  • DOI: 10.1002/9781119428428.ch6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Research Advancements and Historical Episodes brought by the Kuroshio Flowing across Generations (2019)
  • Author(s): Nagai, T., Otsuka, K., & H. Nakano
  • Journal Title: Kuroshio Current: Physical, Biogeochemical and Ecosystem Dynamics Volume: 243 Pages: 13-22
  • DOI: 10.1002/9781119428428.ch2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mixing Associated with Submesoscale Processes (2019)
  • Author(s): Tandon Amit、Nagai Takeyoshi
  • Journal Title: Encyclopedia of Ocean Sciences, Third Edition Volume: na-na Pages: 567-577
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-409548-9.10952-2
  • ISBN: 9780128130827
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How the Kuroshio Current delivers nutrients to sunlit layers on the continental shelves with aid of near-inertial waves and turbulence (2019)
  • Author(s): Takeyoshi Nagai, Gloria Silvana Duran, Diego Andre Otero, Yasutaka Mori, Naoki Yoshie, Kazuki Ohgi, Daisuke Hasegawa, Ayako Nishina, Toru Kobari
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: na Issue: 12 Pages: 6726-6735
  • DOI: 10.1029/2019gl082680
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] センサによる硝酸塩鉛直乱流拡散フラックスの計測 (2019)
  • Author(s): 長谷川大介, 田中雄大, 松野健, 千手智晴, 堤英輔, 中村啓彦, 仁科文子, 小針統, 吉江直樹, 郭新宇, 長井健容, 奥西武, 安田一郎
  • Journal Title: 沿岸海洋研究 Volume: 57 Pages: 59-64
  • NAID: 130007841838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Global Perspectives on Observing Ocean Boundary Current Systems (2019)
  • Author(s): Todd Robert E.、Chavez Francisco P.、Clayton Sophie、Cravatte Sophie、Goes Marlos、Graco Michelle、Lin Xiaopei、Sprintall Janet、Zilberman Nathalie V.、Archer Matthew、Ito Shin-ichi、Nagai Takeyoshi、ほか
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 6 Pages: 1-38
  • DOI: 10.3389/fmars.2019.00423
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] On the Future of Argo: A Global, Full-Depth, Multi-Disciplinary Array (2019)
  • Author(s): Roemmich D., Alford M.H., Claustre H., Johnson K., King B., Moum J., Oke P., Owens B., Pouliquen S., Purkey S., Scanderbeg M., Suga T., Wijffels S., Zilberman N., Bakker D., Baringer M., Fujiki T., Hibiya T., Hosoda S., Yasuda I. ほか57名
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 6 Pages: 1-28
  • DOI: 10.3389/fmars.2019.00439
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiscale routes to supply nutrients through the Kuroshio nutrient stream (2019)
  • Author(s): T. Nagai, S. Clayton and Y. Uchiyama
  • Journal Title: Kuroshio Current: Physical, Biogeochemical and Ecosystem Dynamics Volume: 243
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Research Advancements and Historical Episodes brought by the Kuroshio Flowing across Generations (2019)
  • Author(s): T. Nagai, K. Otsuka and H. Nakano
  • Journal Title: Kuroshio Current: Physical, Biogeochemical and Ecosystem Dynamics Volume: 243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mixing associated with submesoscale processes (2019)
  • Author(s): A. Tandon, T. Nagai
  • Journal Title: Encyclopedia of Ocean Sciences, Third Edition Volume: na-na
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] 黒潮上流から続流の鉛直混合過程とその影響に関する考察 (2019)
  • Author(s): 長井健容
  • Journal Title: 沿岸海洋研究 Volume: na-na
  • NAID: 130007841839
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] センサによる硝酸塩鉛直乱流拡散フラックスの計測 (2019)
  • Author(s): 長谷川大介・田中雄大・松野健・千手智晴・堤英輔・中村啓彦・仁科文子・小針統・吉江直樹・郭新宇・長井健容・奥西武・安田一郎
  • Journal Title: 沿岸海洋研究 Volume: na-na
  • NAID: 130007841838
  • Peer Reviewed
• [Presentation] How the Kuroshio enriches the southern coast of Japan and its downstream regions (2019)
  • Author(s): Takeyoshi Nagai, Gloria Silvana Duran Gomez, Diego Andre Otero Huaman, Yoshie Naoki, Kazuki Ohgi, Daisuke Hasegawa, Sophie Clayton, Yusuke Uchiyama
  • Organizer: PICES Annual Meeting 2019, Victoria, Canada
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physical and biogeochemical processes from winter to spring in the south of the Kuroshio Extension (2019)
  • Author(s): 鋤柄 千穂、井上 龍一郎、長井 健容、Andrea Fassbender、Yuichiro Takeshita、Stuart Bishop、岡 英太郎
  • Organizer: JpGU Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Turbulent mixing and near-inertial internal waves induced by the Kuroshio over seamounts in the Tokara Strait (2019)
  • Author(s): 長井 健容、長谷川 大介、堤 英輔、中村 啓彦、仁科 文子、千手 智晴、遠藤 貴洋、松野 健、井上 龍一郎、Amit Tandon
  • Organizer: JpGU Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 日向灘沖の陸棚斜面近傍を流れる黒潮において、水平30km、鉛直200m規模で観測された著しく強い乱流混合 (2019)
  • Author(s): 長井 健容、Duran Silvana、Otero Diego、森 泰貴、吉江 直樹、大城 一輝、長谷川 大介、仁科 文子、小針 統
  • Organizer: JpGU Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nutrient Supply Caused by Submesoscale and Microscale Mixing Processes in the Upstream Kuroshio (2019)
  • Author(s): Takeyoshi Nagai, Daisuke Hasegawa, Eisuke Tsutsumi, Hirohiko Nakamura, Tomoharu Senjyu, Takahiro Endoh, Takeshi Matsuno, Ryuichiro Inoue, Amit Tandon, Naoki Yoshie, Kazuki Ohgi, Ayako Nishina, Toru Kobari, Gloria Silvana Duran Gomez and Diego Andre Otero
  • Organizer: Ocean Science Meeting 2020, San Diego
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diapycnal nutrient flux caused by the Kuroshio induced turbulence in the Tokara Strait (2018)
  • Author(s): Takeyoshi Nagai, Daisuke Hasegawa, Hirohiko Nakamura, Ayako Nishina, Toru Kobari, Naoki Yoshie, Ryuichiro Inoue and Eisuke Tsutsumi
  • Organizer: PICES Annual Meeting 2018, Yokohama
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The 100 km wide 100-1000 fold enhancement in turbulent mixing caused by the Kuroshio induced mesoscale hydraulic jump in the lee of Tokara Strait (2018)
  • Author(s): 長井 健容、長谷川 大介、中村 啓彦、仁科 文子、井上 龍一郎
  • Organizer: JpGU Annual Meeting 2018
• [Presentation] Multiscale transport, stirring, and mixing processes to supply nutrients through the Kuroshio nutrient stream (2018)
  • Author(s): 長井 健容、Clayton Sophie、内山 雄介
  • Organizer: JpGU Annual Meeting 2018
• [Presentation] トカラ海峡海山上を流れる黒潮によって発生する慣性ー対称不安定と乱流散逸の直接観測および数値実験 (2018)
  • Author(s): 長井健容, 長谷川大介, 堤英輔, 中村啓彦, 仁科文子, 千手智晴, 遠藤貴洋, 井上龍一郎, Amit Tandon
  • Organizer: 日本海洋学会2018年度秋季大会, 2018.09.
• [Book] Kuroshio Current: Physical, Biogeochemical and Ecosystem Dynamics (2019)
  • Author(s): Takeyoshi Nagai, Hiroaki Saito, Koji Suzuki, Motomitsu Takahashi
  • Total Pages: 326
  • Publisher: AGU-Wiley
  • ISBN: 9781119428343
• [Remarks] 長井健容のウェブサイト
• [Remarks] 長井健容のウェブサイト
  • URL: http://www.takeyoshi.net