海洋内部重力波のエネルギーバランスに基づく乱流混合係数のグローバル分布の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15740290
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 丹羽 淑博 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (40345260)
• Keywords: 乱流混合 / 内部重力波 / 内部潮汐波 / 熱塩循環 / 非線形相互作用

Research Abstract

高精度な海洋大循環モデルを構築するためには、海洋中・深層の乱流混合過程の適切なパラメタリゼーションが必票不可欠であることがよく知られている。この乱流混合過程の重要なエネルギー供給源が潮汐流と海底地形との相互作用により励起される内部潮汐波であり、乱流混合の生成・維持はこの内部潮汐波エネルギーが内部波平衡スペクトル中を高波数域へとカスケードダウンすることにより行われている。
そこで申請者は、内部潮汐波エネルギーのグローバルな分布を調べるために、現実的な海底地形・潮汐流を考慮した3次元数値シミュレーションを実施した。その結果、(1)振幅の大きな内部潮汐波の励起は密度躍層の深度において急峻な地形変化を有し且つ潮汐流がほぼ直交して入射するような海底地形に限定されること、(2)顕著な海底地形の分布を反映して西部・中部太平洋や西部インド洋の内部潮汐波のエネルギーレベルが特に高くなることなどが示された。このことは、西部・中部太平洋や西部インド洋において乱流混合が特に活発に発生していることを強く示唆している。
そこで、現実の海洋の多数の測点で得られた流速シアーデータを解析したところ、実際に内部潮汐波エネルギーと乱流混合係数とが正の相関を持つことが確認された。同時に、その相関に顕著な緯度依存性があることも明らかにされた。これら海洋観測の結果と上記の数値実験の結果を統合し、乱流混合係数の全球分布の推定を世界に先駆けて行うことに成功した。
さらに海洋観測で示された緯度依存性の物理メカニズムについて数値実験を実施して調べたところ、各緯度帯の半日周期・内部潮汐波に対してP.S.I.と呼ばれる三波共鳴相互作用が起きるか否かが、内部潮汐波のエネルギーカスケードひいては乱流混合係数の大きさを強くコントロールする要因となっていることが明らかにされた。

Research Products

• [Publications] Yoshihiro Niwa, Toshiyuki Hibiya: "Three-dimensional numerical simulation of M_2 internal tides in the East China Sea"Journal of Geophysical Research-Oceans. (印刷中). (2004)
• [Publications] 丹羽 淑博: "外洋の内部波とその海洋力学における役割"海と生物. 25. 337-345 (2003)