Global Ocean Circulation Controlled by Hemispherically Asymmetric Distribution of Seawater Temperature and Nonlinear Equation of State

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K03974
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 秋友 和典 京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (10222530)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 地球規模海洋循環 / 非線形状態方程式 / 水温の南北非対称分布 / 南極周極流

Outline of Annual Research Achievements

大西洋における水温（および塩分）の南北非対称分布が状態方程式の非線形性を通して南極大陸周辺での顕著な沈み込みを生み、その影響が大西洋にとどまらず地球規模での循環に及ぶことを3次元理想化モデル実験によって明らかにした。両極域間の水温差dT(塩分差dS)が大きいほど、底層循環が大西洋で強化され太平洋で抑えられること、太平洋の存在が大西洋での深層循環を強化（底層循環を弱化）するように働くこと、などである。これらの結果は状態方程式の非線形性と大西洋における水温（塩分）の南北非対称性が底・深層水の形成や循環を地球規模で連動させるメカニズムとして働くことを示している。
この現象には南極大陸の周りで地球を東西一周して流れる南極周極流ACCの影響が極めて大きい。流域に顕在する中規模渦が海水の輸送や混合を促進することで水塊変質に深く関わるからである。今年度は追加の解析・実験に加えて、中規模渦の輸送、混合効果を明らかにするための渦解像実験を、単純な海底地形（海嶺）を持つ２層の水路モデルを用いて行った。渦活動を決める要因であるACCの流量、傾圧性に注目し、風応力、海底地形、成層状態をパラメータとした。
海底が平坦であれば、流量は風応力とともに増加し底摩擦とともに減少する。しかし、海底地形が存在すると、下層の流れが抑制されて傾圧渦活動が高まり、流量が底摩擦とともに増加するという直感とは逆の結果を得た。また、流量や傾圧性（渦活動）は海底地形の水平幅(波長)、内部変形半径、定在ロスビー波波長の大小に依存して複雑に変化した。中規模渦の輸送・混合効果の定量化には至らなかったものの、風応力、海底地形、成層状態に対するACC流量と中規模渦活動の依存性を系統的に示した意義は大きい。