| 研究課題/領域番号 |
21K03664
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17020:大気水圏科学関連
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| 研究機関 | 福井県立大学 |
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研究代表者 |
田中 祐希 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (80632380)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 内部潮汐 / 海底地形 / 捕捉波 / 地形性モード / エネルギー変換 / 乱流混合 / 日周潮汐 / 海洋フロント / 線形安定性解析 / サブメソスケール擾乱 / 混合層不安定 / 対称不安定 / サブメソスケール現象 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
海洋中のサブメソスケール（数km～数十km）現象は熱や運動量の輸送を通じて海盆スケールの循環に影響を与える重要な物理過程であり、その主要な励起機構としてフロント域で活発に働く混合層不安定と対称不安定があることが、無限に広い理想的なフロントを対象とした理論的研究によって知られている。本研究では、狭い範囲に局在する現実的なフロントにおける混合層不安定と対称不安定の特徴（成長率、空間構造、熱フラックス等）を、フロント横断面内での線形安定性解析と高解像度の数値実験によって明らかにし、渦解像海洋大循環モデルや現場観測データで見られるサブメソスケール現象の発生機構を海域や季節ごとに同定することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
海洋中のサブメソスケール現象は、熱や運動量の水平・鉛直輸送を通じて、海盆スケールの循環にも影響を与える重要な物理過程である。本年度は、昨年度に引き続き、サブメソスケール現象の代表例として海底地形に捕捉された内部潮汐波を取り上げ、昨年度までに報告者によって構築された理論に基づく解析を実施した。
慣性周波数以下の周波数を持つ(subinertialな)内部潮汐波は、海底地形に捕捉されて伝播し、その鉛直断面構造は浅い海域では順圧的で、水深が深くなるにつれて傾圧性を増すという特徴を持つ。報告者は、地形性モードという概念を導入することで、順圧的な構造を持つ内部モードを外部モードから分離し、subinertialな内部潮汐波の励起率を定式化することに成功した。
海底地形に沿って伝播し、浅い場所で順圧的な構造を持つ内部モードは、慣性周波数以上の周波数を持つ(superinertialな)内部潮汐波においても存在することが知られている。本年度は、報告者の新しい定式化をsuperinertialな内部潮汐波へと適用し、その有効性をより広い緯度帯で検証するとともに、海底地形に捕捉されたsuperinertialな内部潮汐波の力学特性を調べた。
理想的な大陸斜面を仮定した数値実験の結果、報告者の定式化は、superinertialな場合にも内部モードを単離するのに有効であることが示された。さらに、エネルギー解析の結果、地形性モードの寄与は、内部潮汐波がわずかにsuperinertialな場合には傾圧モードの半分程度に達すること、大きくsuperinertialな場合でも無視できない程度であることが示された。この結果は、従来の定式化ではsubinertialだけでなくsuperinertialな内部潮汐波の励起率も過小評価されており、報告者の定式化を用いた再評価が必要であることを意味している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2023年度は、代表的なサブメソスケール現象の一つである地形に捕捉された内部潮汐波について、2022年度までに報告者らによって構築された新理論に基づいて、その力学特性とエネルギー収支を調べた。2023年度は特に、superinertialな内部潮汐波に着目し、2022年度より広い緯度範囲で解析を進めた。この目的のために、様々な慣性周波数のもとで、バンプの付いた大陸棚・大陸斜面上に外部潮汐流の強制を与える理想的な数値実験を実施した。さらに、得られた結果を取りまとめ、国際誌へと投稿した。現在、論文の改訂中であるが、その過程で必要になった再計算に時間を要しているため、予定より若干の遅れが生じている。
今後、報告者らの新たな定式化を全球の潮汐シミュレーションの結果に適用することで、subinertialおよびsuperinertialな内部潮汐波の励起率の全球マッピングを作成することができれば、潮汐混合過程およびサブメソスケール現象過程の解明に極めて大きな貢献をもたらすものと期待できる。以上のように、全体的な進捗状況としては若干の遅れが生じているものの、期待以上の成果が得られつつあるものと判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度には、代表的なサブメソスケール現象の一つである地形に捕捉されたsuperinertialな内部潮汐波について、理想的な状況を仮定した数値実験結果に報告者らの新理論を適用することで、その力学特性とエネルギー収支を調べた。現在、この成果を取りまとめた論文の改訂作業を進めている。
2024年度には、まず、この改訂において必要になった再計算・再解析を速やかに実施し、本研究の成果を論文として遅滞なく公表する。
さらに、報告者らの新たな定式化を全球潮汐シミュレーションの結果に適用することで、subinertialおよびsuperinertialな内部潮汐波の励起率の全球マッピングを目指す。内部潮汐波の励起率は、従来、順圧潮汐から傾圧潮汐へのエネルギー変換率として見積もられてきた。しかしながら、2023年度までの報告者らの研究によって、subinertialな場合はもちろん、superinertialな場合であっても、内部潮汐波は海底地形上では順圧的な構造を持ち得ること、この順圧的な内部潮汐波はエネルギー収支において無視できない寄与を果たすことが示された。この事実は、従来の見積もり方法では内部潮汐波の励起率が過小評価されてしまっている可能性が非常に高いことを意味する。そこで、報告者らの新たな手法を用いることで、より正確な全球マッピングを提示することを目指す。
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