2014 Fiscal Year Research-status Report
深層熱塩循環を駆動するエネルギー供給源として海洋中規模渦が果たす役割の解明
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25800260
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 祐希 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (80632380)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 鉛直乱流混合 / 内部波 / 風下波 / エネルギーフラックス / 熱帯不安定波 / 赤道太平洋 / 渦解像海洋大循環モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
赤道太平洋の水温躍層における鉛直乱流混合は、全球の気候に影響を及ぼす重要な物理過程である。この乱流混合を引き起こすのに重要な役割を果たすと考えられているのが、赤道海流系の不安定によって励起され、約0.5 m/sの位相速度で西向きに伝播する波長約1000 kmの熱帯不安定波(TIW)である。実際、水温躍層の浅い赤道太平洋東部では、TIWに伴う流速シアーに起因する乱流混合が躍層内で観測されている。一方、水温躍層の深い赤道太平洋中央部では、躍層内の乱流混合に対するTIWの役割は明らかにされていない。本研究は、赤道太平洋のTIWから内部波などの高周波数擾乱が励起される可能性に着目し、そのメカニズムとエネルギーフラックスを明らかにすることを目的に、全球渦解像海洋大循環モデル（解像度：水平0.1度、鉛直54層）の結果を解析した。計算期間は2011年1月の1か月間である。
数値モデルは典型的なTIWを再現できていた。TIWは、水平流の収束域として明瞭に見られる鋭いフロントをその渦構造の前面に伴っており、高周波数擾乱による下向きエネルギーフラックスは、このフロント域でパッチ状に大きくなっていた。TIWのシアーによって励起される赤道太平洋東部の乱流混合とは対照的に、この下向きエネルギーフラックスは赤道太平洋中央部で特に顕著であり、赤道太平洋全域の積分では1か月平均で8.1 GWに達していた。エネルギーフラックスを引き起こす高周波数擾乱の特性を詳細に調べたところ、フロントに捕捉されて西向きに伝播する波長100 km程度の高水平波数の内部波であることがわかった。この内部波は、風下波の解析解と良く一致する空間構造と、風下波の分散曲線上にピークを持つ波数－周波数スペクトルとを持っていることから、TIWのフロント部で生じる下降流が海面を動く障害物として働くことで励起される風下波であると結論づけられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度には、全球渦解像海洋大循環モデルを用いた計算結果の解析をほぼ当初の予定通りに進めることができた。その結果、赤道太平洋の熱帯不安定波(TIW)のフロント部から内部波が放射されるという現象をはじめて発見することができた。これは、赤道太平洋東部の水温躍層だけでなく赤道太平洋中央部の水温躍層においてもTIWに起因する強い乱流混合が生じている可能性を示唆する興味深い結果である。さらに、その内部波の励起メカニズムについても、海底地形上を流れる定常流によって励起される風下波とのアナロジーによって説明できるという仮説を立てるに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度には、平成26年度度に発見した熱帯不安定波(TIW)から放射される内部波について、さらに詳細な解析を行う。具体的には、1)平成26年度度に立てた、「TIWから放射される内部波は、TIWのフロント部で生じる下降流が海面を動く障害物として働くことで励起される風下波として説明できる」という仮説を検証し、風下波の励起過程をより詳細に明らかにするとともに、2)この過程によって励起される風下波が赤道太平洋の水温躍層の乱流混合に対してエネルギー的にどの程度の寄与を及ぼしているのかを定量的に評価する、ことを目的とする。
平成26年度度に実施した全球渦解像海洋大循環モデルの結果によれば、TIWのフロントからの風下波の励起はパッチ状で間欠的に生じる。また、励起される風下波の波長は100 km程度と、上記の全球モデルで再現できる限界に近い小さなスケールである。そこでまず、赤道太平洋のみを対象としたより高解像度(数km)の数値モデルを用い、TIWの状況をさまざまに変えながらシミュレーションをくり返すことで、TIWから風下波が励起される時空間分布を決定する物理要因を同定する。同時に、TIWのエネルギー収支を計算することで、風下波の放射がTIWの減衰過程においてどのような役割を果たすのかを明らかにする。
次に、TIWは強い季節・経年変動を示すことから、平成26年度に用いた全球渦解像海洋大循環モデルを、2011年1月の1か月間だけでなくその他の代表的ないくつかの年・季節においても駆動し、TIWから励起される風下波に伴うエネルギーフラックスの季節・経年変動とその長期間平均を明らかにする。
最後に、計算領域をより狭くしたより高解像度(~100 m)の非静水圧モデルを用いた数値実験を行い、励起された風下波が砕波する物理過程と深度を調べることで、風下波起源の乱流混合の鉛直分布を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本研究課題の遂行に不可欠な大型計算機の使用料を、当初、本科学研究費補助金から支払うことを予定していた。しかしながら、1)研究代表者が所属する研究グループの共同利用によって、東京大学情報基盤センターの大型計算機が利用可能となったこと、2)全球渦解像海洋大循環モデルを用いた数値実験を、海洋研究開発機構の地球シミュレータで実施できたこと、の2点のため、本年度は本科研費を使用せずに、大型計算機を用いた数値実験を実施することができた。このため、大型計算機の使用料に計上していた予算の一部を次年度使用額として計上することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
大型計算機の使用料に25万円、研究打ち合わせ旅費に2万円、国内学会での成果発表およびその出張旅費に10万円、国際会議での成果発表およびその出張旅費に60万円、論文投稿料に30万円、論文の英文校閲費に8万円、図の描画用ソフトの購入に4万円、データ保存用のハードディスク購入に12万円、本課題に関連する専門図書の購入に5万円程度の使用を予定している。
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Research Products
(4 results)
