| 研究課題/領域番号 |
25800260
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
田中 祐希 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (80632380)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 深層海洋大循環 / 鉛直乱流混合 / 内部波 / エネルギーフラックス / 地衡流 / 黒潮続流 / 風下波 / 全球渦解像海洋大循環モデル |
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| 研究概要 |
極域での冷却を受けて沈み込んだ深層水が1000年以上の歳月をかけて全球を巡る深層海洋大循環は、低緯度から高緯度への熱・物質輸送を伴い、気候の維持・変動に重要な役割を果たしている。この深層水の湧昇は、鉛直乱流混合に伴う表層からの浮力フラックスとバランスしていると考えられているが、これまで鉛直乱流混合の主要なエネルギー供給源とされてきた潮汐および風起源の内部波だけでは、湧昇量に相当するだけの乱流混合を賄いきれないことが明らかになりつつある。地衡流起源の内部波は、この不足分を補い得るエネルギー供給源となっている可能性が指摘されているものの、その定量的な評価や物理過程の解明は行われていない。
平成25年度には、どこで、どの程度、どのようなメカニズムで地衡流からの内部波励起が生じているのかを明らかにするために、全球渦解像海洋大循環モデルを用いた数値実験を実施した。モデルの解像度は水平0.1度、鉛直54層であり、計算期間は2011年1月の1か月間とした。1時間毎に出力した時系列データにハイパスフィルターを施すことによって内部波成分を取り出した。なお、モデル内で再現される内部波として短周期の風応力変動によって直接的に励起されるものを排除し、地衡流から励起されるものに限定するため、モデルを駆動する外力には日平均の風応力を用いた。
計算の結果、最も顕著な下向きエネルギーフラックスは黒潮続流域で生じていた。より詳細な解析の結果、このエネルギーフラックスは黒潮続流から間欠的に励起される高水平波数・高周波数の内部波によるものと結論づけられた。さらに、励起された内部波の位相速度などの物理特性や、内部波が励起される時空間分布の特徴から、「黒潮続流から励起される内部波は、特異的に高流速・低密度を持つ黒潮続流のコアがあたかも海面を動く地形のように働いて励起される風下波である」という仮説を立てるに至った。
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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
平成25年度には、他機関に所属する研究協力者との連携が順調に進んだこともあり、ほぼ当初の予定通りに全球渦解像海洋大循環モデルを用いた数値実験を実施することができた。さらに、得られた実験結果に基づいて、地衡流からの内部波の励起過程について、従来のメカニズムとは異なる新たなメカニズムを提唱することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度度には、1)平成25年度度に立てた、「黒潮続流から励起される内部波は、特異的に高流速・低密度を持つ黒潮続流のコアがあたかも海面を動く地形のように働いて励起される風下波である」という仮説を検証し、風下波の励起過程をより詳細に明らかにするとともに、2)このような過程によって励起される風下波が深層循環の維持に対してエネルギー的にどの程度の寄与を及ぼしているのかを定量的に評価する、ことを目的とする。
この目的のために、まず、全球渦解像海洋大循環モデルの結果をより詳細に解析する。特に、風下波が励起される時間・場所と黒潮続流の流速・密度・蛇行などの変動状況との関係に着目して解析を進める。また、黒潮続流域だけでなく、南大洋、ガルフストリーム域、赤道域など、強いジェットが存在する他の海域においても同様の風下波励起が見られないかを調べ、この風下波による深層へのエネルギーフラックスの全球分布を明らかにする。加えて、可能であれば、2011年1月の1か月間だけでなく1年程度のより長い期間にわたる計算を実施し、エネルギーフラックスの時間的な分布も明らかにして行く。
さらに、励起される風下波の波長が100 km程度以下と、上記の海洋大循環モデルで再現できる限界に近い小さなスケールであったことから、より高解像度のモデルを用いた数値実験を実施する。この実験では、理想的なジェットを境界から与えることでモデルを駆動し、その流速・密度・蛇行などの変動状況をさまざまに変えながらシミュレーションをくり返すことで、風下波を励起するジェットの変動要因を同定する。また、励起される風下波の波長やエネルギーフラックスなど種々の物理特性の解像度依存性を調べ、これを全球渦解像海洋大循環モデルの結果と合わせることで、より定量的な議論へとつなげて行く予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本研究課題の遂行に不可欠な大型計算機の使用料を、当初、本科学研究費補助金から支払うことを予定していた。しかしながら、1)研究代表者が所属する研究グループの共同利用によって、東京大学情報基盤センターの大型計算機が利用可能となったこと、2)全球渦解像海洋大循環モデルを用いた数値実験を、海洋研究開発機構の地球シミュレータで実施できたこと、の2点のため、本年度は本科研費を使用せずに、大型計算機を用いた数値実験を実施することができた。このため、大型計算機の使用料に計上していた予算の一部を次年度使用額として計上することとした。
大型計算機の使用料に25万円、研究打ち合わせ旅費に2万円、国内学会での成果発表およびその出張旅費に10万円、国際会議での成果発表およびその出張旅費に36万円、論文投稿料に26万円、論文の英文校閲費に8万円、発表およびデータ解析用のノートパソコン購入に20万円、高性能のフォートランコンパイラの購入に8万円、図の描画用ソフトの購入に4万円、データ保存用のハードディスク購入に12万円、本課題に関連する専門図書の購入に5万円程度の使用を予定している。
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