| 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 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022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 | 日周潮汐 / 海底地形 / 捕捉波 / エネルギー変換 / 乱流混合 / 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（数km～数十km）現象は、熱や運動量の水平・鉛直輸送をコントロールし、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、サブメソスケール現象の代表的な例として、海底地形に捕捉された内部潮汐波を取り上げ、その励起率を理論的に定式化するとともに、この定式化の有効性を数値シミュレーションによって検証した。
緯度30度より高緯度における日周潮汐は慣性周波数以下の周波数を持ち (subinertial)、海底地形に捕捉されて伝播する内部潮汐波を発生させる。Subinertialな内部潮汐波は内部ケルビン波と地形性ロスビー波の混合した性質を示し、その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。従来、外部潮汐（海面変位に表れるモード）から内部潮汐（海面変位に表れないモード）へのエネルギー変換率（すなわち内部潮汐波の励起率）は、全球のほとんどの海域で卓越するsuperinertialな潮汐を主な対象として、順圧モードから傾圧モード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、この方法は、外部モードだけでなく内部モードも順圧的になり得るsubinertialな潮汐に対しては有効でなく、内部潮汐へのエネルギー変換率を過小評価してしまう。
本研究では、相対渦度の分布に基づいて順圧モードを外部モードと地形性モードに分離し、地形性モードを傾圧モードとともに内部モードと分類する新たなエネルギーダイアグラムを提示し、subinertialな潮汐について有効な外部モードからから内部モードへのエネルギー変換率を定式化した。さらに、外部潮汐が海山上を通過する理想的な状況を仮定した数値シミュレーションによって、従来の定式化では過小評価になってしまう内部潮汐の励起率が、本研究の新たな定式化では適切に評価できることが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022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subinertialな内部潮汐波について、そのエネルギー論を評価するための新たなエネルギーダイアグラムを提示し、励起率を初めて理論的に定式化することに成功した。さらに、理想的な状況を仮定した数値シミュレーションによって、この定式化の有効性を実証することができた。ここまで概ね予定通り進展している。今後、この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。以上を踏まえて、全体的な進捗状況としては概ね順調と判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022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subinertialな内部潮汐波について、その励起率を理論的に定式化するとともに、理想的な状況を仮定した数値シミュレーションによってその有効性を実証した。
この進捗を踏まえ、2023年度には、まず、より現実的な数値シミュレーション結果に対して上記の定式化を適用することで、その有効性の検証をさらに進める。具体的には、subinertialな日周潮汐が卓越する代表的な海域であるクリル海峡（北太平洋とオホーツク海を結ぶ海峡）およびアリューシャン海峡（北太平洋とベーリング海を結ぶ海域）を対象に高解像度の三次元数値シミュレーションを実施し、両海域における日周期内部潮汐波の励起率およびエネルギーフラックスの分布を明らかにする。
さらに、上記の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な内部潮汐波の励起率の全球マッピングを目指す。Superinertialな内部潮汐波の励起率の全球分布は、これまで多くの研究によって十分な解像度で提示されてきた。一方、subinertialな内部潮汐波の励起率の全球分布は、これまで、superinertialな内部潮汐波の励起率と同様の方法で推定されるのみであった。しかしながら、外部モードだけでなく内部モードも順圧的になり得るsubinertialな潮汐に対しては、従来の方法は内部潮汐の励起率を過小評価してしまっている可能性が非常に高い。そこで本研究の新たな手法によって、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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