海洋循環論構築の一環としての西岸境界流続流ジェットの理論的・数値的研究

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03962
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 久保川 厚 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (00178039)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 海洋循環 / 東向きジェット / 西岸境界流続流 / 再循環

研究実績の概要

中緯度上層海洋の循環は主には風により駆動され、偏西風帯の高緯度側には低気圧性の亜寒帯循環、低緯度側には高気圧性の亜熱帯循環と呼ばれる循環が生じ、その海洋の西端にはそれぞれ低緯度向きと高緯度向きの西岸境界流と呼ばれる強い流れが生じる。黒潮は亜熱帯循環の西岸境界流であるが、それは循環境界まで行くことなく離岸し、東向きの続流ジェットを形成する(早期離岸)。早期離岸はシンプルなモデルでも生じるが、この続流ジェットの緯度とその長さの決定要因、および、ジェットが存在するための外部条件は未だ明らかではない。本研究では、シンプルな数値実験と理論的研究により、この問題の根本的理解を目指している。西岸境界流続流と再循環の形成に関する過去の理論は東向きの流れの存在を前提としている。他方、早期離岸には、岸側と沖側に生じる異符号の渦度が重要であると考えられている。そこで2019年度は、第1段階として、背景の東向きの流れを前提としない東向きジェット(再循環)の西岸域からの侵入とそれによる続流形成の可能性を調べることとした。
まず、侵入する場合の南北構造と侵入速度の関係を表す理論解を求めた。この理論解は実験結果を再現する。また、侵入するジェット・再循環系の幅は、強制の南北幅が大きい場合にはそれには依らず、内部的に決まることも明らかになった。
この侵入するジェットは順圧的に不安定であり、短時間で壊れて複数の渦に分裂し、それらの渦はβ効果により西に向かう。この場合、東向きジェットが消える場合と残る場合の二形態が生じることが明らかになった。存続のための条件は実験的には求まった。その物理的な理由に関しては、仮説を立て、それに基づく数理理論の構築を行ってきたが、未だ不明である。ただし、可能性は絞られてきている。

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

まだ論文にするには至っていないが、幾つかの重要な発見があった。また、理論的説明に関しても枠は狭められており、成功する保証はないものの、解明に向けて行うべき理論的な方向は固まっており、実際に始めている。初年度でもあり、概ね順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

まずは、東向きジェットの存続理由を明確にする理論の構築に向けた研究を続ける。現在進行中の理論解析が正鵠を得ていた場合には、論文を執筆・投稿する。予想が外れた時には、再度力学について熟考する。
上記理論的考察の次に行うべきことは、早期離岸ジェットにおける背景流および渦の影響を調べることである。背景流を含めた数値実験を行うとともに理論的な考察を進めていく。

次年度使用額が生じた理由

予定以上に研究が進んだときを考え、成果発表に関する予算を残していたが、そこまでは進まなかったため、16万円の残額が生じた。2020年度の予算はそれ含めて約96万円である。計算機関連消耗品と、この研究テーマを遂行する大学院生の研究環境の整備、研究補助員等の雇用費、情報収集・成果発表旅費、論文校正・学術誌掲載費等に充てる予定である。