渦位拡散モデルを用いた表・中・深層海洋大循環の包括的研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06804024
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 増田 章 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (60091401)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 草場 忠夫 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (00037871) ; 上原 克人 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (80223494)
• Keywords: 海洋熱塩大循環 / 三次元構造 / 拡散型実効重力模型 / 拡散型鉛直モード展開 / 拡散型準地衡模型 / 渦位拡散 / 拡散性渦柱伸縮 / 海底地形効果

Research Abstract

密度拡散によって「拡散性伸縮」が生じ、結果として「渦位の拡散」が起こるのことを示し、この効果が熱塩循環場に対して極めて重要な役割を果たしていることを、三つの枠組みを新たに開発して解明した。それは、(1)「拡散型実効重力模型」、(2)「拡散型鉛直モード」展開、(3)「拡散型準地衡模型」である。これらの枠組みを用いると、従来の視点からは理解が困難な、熱塩循環の三次元構造を解析し、これを維持する仕組みを容易に理解できることが分かった。このような平明な視点を得たことが成果である。
要するに、本研究は、平坦な海洋の内部領域における深層循環に対するストムメル-アーロンズ理論を次の三点において大きく深化させたものである。第一に、内部領域だけでなく、散逸過程が重要となる「境界層」の構造を明らかにした。次に、深層の水平構造にとどまらず「三次元」構造を維持する力学を三つの枠組みを用いて解明した。更に実際の海洋で重要となる「海底地形」が熱塩循環に及ぼす三次元的影響を力学的に説明することに成功した。
重要と思われる個別の結果を四つだけあげておく。
1)密度の水平拡散効果の大小に依存して粘性型と拡散型の境界層が現れる。また水平拡散があれば深層でも沈降域が容易に生じる。
2)地衡線が閉じる領域である「地衡線の島」の周りの定常循環という問題が、散逸過程を考慮することによって解決した。地衡線の島の中では低圧部が発達し、湧昇が小さくなり沈降すら生じる。
3)海底起伏の有無によらず、モデル化した強制力に対する拡散型鉛直モードの解を合成すると、数値実験で得られる三次元熱塩循環場をよく再現することができる。
4)単純な状況であるが、拡散型準地衡模型の解析解は、熱塩循環の三次元構造をモード合成より直接的に表現する。

Research Products

• [Publications] Masuda, A. and G. Mizuta: "A Study on the Effects of Bottom Topography on Deep Circhlation with a Diffusive Reduced-Gravity Model" Journal of Physical Oceanography. 25. 374-390 (1995)
• [Publications] Uehara, K.: "On the Dynamics of Thermohaline Circulation based on the expansion in Terms of Diffusive Vertical Modes" Doctoral Dissertation, University of Tokyo. 1-133 (1995)
• [Publications] Mizuta, G.: "Dynamics of Thermohaline Circulation Steered by Bottom Topography" Doctoral Dissertation, University of Tokyo. 1-128 (1996)