| 研究課題/領域番号 |
22KJ0600
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| 補助金の研究課題番号 |
21J20880 (2021-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
佐々木 雄亮 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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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 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 二重拡散対流 / 乱流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、海洋の循環を駆動し気候や生態系にも影響を及ぼす海洋内部での鉛直混合過程の一つである、拡散型二重拡散対流と呼ばれる現象に着目する。拡散型二重拡散対流は、上層に低温低塩分な水が存在する南大洋域や北極海、北太平洋亜寒帯域で起こる可能性があるが、鉛直熱輸送の定量化に必要な鉛直微細構造の観測のデータが不足しているため、実態は今まで明らかになっていなかった。本研究では該当海域における微細構造観測のデータや直接数値計算(DNS)を用いた解析を通して、「水平流速に弱い鉛直シアが存在する場合、従来の想定よりも広範に拡散型二重拡散対流が発生し、鉛直の熱輸送に寄与し得る」という仮説の検証を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、線形安定論や直接数値計算を用いた先行研究で提唱される「水平流速に弱い鉛直シアが存在する場合、低温低塩分な水が上層に存在する南大洋域や北太平洋亜寒帯域で従来の想定よりも広範に拡散型二重拡散対流が発生し、鉛直の熱輸送に寄与し得る」という仮説を現実の海洋における観測及び直接数値計算(DNS)の両面から検証することである。
2022年度は、JAMSTEC観測船みらい航海(MR22-03)に乗船し、低温低塩分水が上層に存在し拡散型二重拡散対流が発生し得るとして本課題で注目する北太平洋亜寒帯海域(北緯47度、東経160度)において、水平流速及び水温の微細構造の連続観測データを取得した。得られた微細構造観測データをもとに鉛直方向の熱・物質輸送の定量的な見積もりを行ったところ、観測された高い水温消散率に対応して、従来の乱流鉛直混合の枠組みから推定されるものよりも1桁近く高い鉛直熱拡散係数が確認された。この結果は、既往の先行研究で拡散型二重拡散対流の役割が指摘されてこなかった北太平洋亜寒帯域においても広範に拡散型二重拡散対流が発生し、鉛直の熱輸送に寄与し得るという仮説を支持するものである。
一方、これまで先行研究によって拡散型二重拡散対流の存否が議論されてきた極域と比較すると、北太平洋亜寒帯外洋域では大気擾乱によって海面付近に励起される近慣性振動及び近慣性内部波の砕波による乱流混合過程の影響も比較的大きいことが考えられる。実際に、北太平洋亜寒帯域で実施された今回の観測では、1時間～数日間という比較的短い時間スケールの間で変動する背景場に対応し、鉛直混合過程も変化していることが見受けられた。現在、拡散型二重拡散対流によるものと考えられる高い鉛直熱輸送を実現する、背景場の水温・塩分、及び水平流速シア等の条件を明らかにする為の詳細な解析を試みている。
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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
当初の予定では、2022年度は直接数値計算(DNS)を用いて、微細構造観測によって得られた拡散型二重拡散対流による鉛直混合過程を再現する実験を行う予定であった。しかしながら、当初の予定より観測データの取得が遅れとそれに伴う観測データの解析の予定にも遅れが生じたため、DNSの結果を用いた観測データの検証がやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、拡散型二重拡散対流が効率的な鉛直熱輸送を及ぼす際の、背景場の水温・塩分、及び水平流速シア等の条件を観測から得られたデータから明らかにすると共に、拡散型二重拡散対流を対象とする直接数値計算(DNS)の結果との整合性を検証することで、現実海洋における鉛直混合過程の物理的な実態を明らかにしていく。
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