南極海域での深層水形成に関わる深い対流の発生・発達過程の研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05402018
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 今里 哲久 京都大学, 理学部, 教授 (40025391)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋友 和典 京都大学, 理学部, 助手 (10222530) ; 淡路 敏之 京都大学, 理学部, 助教授 (40159512)
• Keywords: 深い対流 / 南極海域 / 非静水圧モデル / 海水の熱膨張率 / オイラー・ラグランジュの手法

Research Abstract

深層水形成の主要な物理過程と考えられている高緯度海域に発生する深い対流の特性と、表層海水の深層への侵入過程を明らかにするため、ウェッデル海での観測結果を用いて、三次元モデルによる数値実験を行った。従来の混合層モデルでは、重力対流の発生・発達過程を正しく表現できないので、本研究では、静水圧近似を行わない運動方程式系を用いて流動場を求めた。また、得られた流動場に標識粒子を投入し、オイラー・ラグランジュの手法を用いて追跡することで、深層水の形成過程を調べた。
1.海水の熱膨張率の圧力依存性が、オープン・オーシャンでの深い対流の発生・発達過程に対してどのような役割を果たすのかを調べるために、上層と下層の温位(塩分)差をパラメタとしていくつかの実験を行った。その結果、温位差が大きくなるに従い対流の空間スケールは指数関数的に増加しそのエネルギーレベルも上昇する。この結果は理論的解析ともよく一致する。対流による熱・物質の輸送効率がそのスケールに依存することから、上の結果は対流の輸送効果の温位差によるパラメタ化が可能であることを示唆している。
2.一方、シェルフ・スロープ上での対流は、平坦な海底地形での実験と比較すると、斜面の影響によって流れの不安定化がより早く起こり、かつその成長率も数倍大きくなる。この不安定化が地衡流平衡による斜面を下る流れの抑制に打ち勝ち、より効率的に海水の沈降を生じさせることが明らかになった。