2014 Fiscal Year Research-status Report
非静力学海洋モデルと現場係留観測に基づく南極底層水形成の実態把握
| Project/Area Number |
25870021
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
松村 義正 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (70631399)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 海洋海氷結合モデル / 南極底層水 / 非静力学モデル / フラジルアイス / 海洋棚氷相互作用 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
1) 本研究課題では海洋中の微小結晶であるフラジルアイスを粒子追跡法によって陽に扱う新規的な海洋海氷結合モデルを開発している。昨年度までに海水とフラジル粒子の熱力学的な相互作用がモデル化されていたが、本年度は海洋非静力学モデルに組み込まれた粒子追跡スキームを拡張し、浮上しようとするフラジルアイスが海水から受ける抵抗の反作用として、海水が上向きの力を受けることによる、連続相である海水と分散相であるフラジルアイスの力学的なカップリングを正確に表現できるように高度化した。
これにより、フラジルアイスが強い海上風により数10m程度沈み込む過程や、熱力学的に成長したフラジルアイス粒子が表層に浮上し、シャーベット上のグリースアイスを形成する過程の現実的なシミュレーションが実現された。沿岸ポリニヤを模した理想化数値実験を実施したところ、衛星写真とよく整合する幅数100m程度のグリースアイスの筋状構造が得られた。
2) 海洋海氷棚氷結合大循環モデルを用いて、西南極アムンゼン海の棚氷群と、その融解をもたらす暖水の流入過程を明らかにするため高解像度数値実験を行った。従来のモデリング研究ではこの海域での棚氷底面融解量は観測と比べ過小評価される傾向にあることが指摘されてきたが、その原因が、既存の数値モデルでは氷山の融解による淡水供給が無視されているため沿岸域で成層が弱化し、沖合から流入した暖水の熱が大気によって奪われ、棚氷に到達するまでに結氷点近くまで冷却されてしまうためであることを指摘した。擬似的に現場での氷融解による淡水供給に相当する塩分緩和を実施することで、沖合から棚氷までの暖水流入が維持され、底面融解量が著しく増加し観測値と近づくという結果が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題で新たに開発した海洋非静力学モデルに組み込まれた粒子追跡モデルはデータ構造やコーディングにおいて高い汎用性と数値計算効率を両立している。これを用いて本課題で実現されたフラジルアイスを陽に扱う新規的海洋海氷結合モデルは、従来のモデルでは表現されてこなかった微小スケールの海氷生成過程のシミュレーションに成功している。またこの開発したモデル・手法は、例えば大陸棚上で形成された底層水が斜面を降る過程で海底堆積物を巻き上げて外洋へ輸送する効果のシミュレーション等にも応用できる。これらに加え、数値モデルを最新の大型計算機上で効率的に運用するための高度化を実施するなど、本課題の主要な目的である南極底層水形成・沈降過程の高精度シミュレーションの実施に向けて、その実現に必要とされる数値モデル開発は概ね完了した。したがって本研究課題は順調に進展しているといえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は、研究代表者が開発する海洋非静力学モデルと、所属する低温科学研究所が主体となって実施している南極沿岸域の現場直接観測から得られる最新の観測データを相補的に用いることで、南極底層水形性に関わる様々なプロセスを統一的に扱う大規模シミュレーションを実施し、その全容の定量的な理解を目指すものである。本年度までに数値モデルの開発は概ね完了し、理想化実験により底層水形成をもたらす各プロセスをそれぞれ単体で扱う各論的研究は順調に実施できている。一方で、研究計画立案当初に想定していた現場観測データの取得が不可能となったため、各プロセスを統一的に扱う現実的なシミュレーションの実施には困難が生じている。今後は観測研究を遂行する研究者と連携し、これまでに実施された様々な現場直接観測や、衛星による海氷状況のリアルタイム観測等から得られるデータを精査して利用することで、現実的設定での大規模シミュレーションの実現を目指す。
|
| Causes of Carryover |
投稿した学術論文の掲載費用として計上していたが、本投稿論文が今年度末に受理されたため、掲載及び支払いが年度内に完了せず、年度をまたぐことになった。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本論文は掲載が確定しているため、繰越金は論文掲載料として次年度に支出予定である。
|
