海洋の中・深層における鉛直拡散強度の全球分布に関する理論的・観測的研究  [in Japanese] Theoretical and Observational Studies of the Global Distribution of Diapycnal Diffusivity in the Deep Ocean  [in Japanese]

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Abstract

海洋の中・深層における鉛直乱流拡散は,深層海洋大循環の強さやパターンをもコントロールする重要な物理過程であるが,そのグローバルな強度分布は海洋物理学上の最大の不確定要素として残されてきた。本稿では,この鉛直乱流拡散のグローバルな強度分布の解明に向けて筆者が最近10年間に展開してきた研究の概要を紹介する。まず,この鉛直乱流拡散に使われるエネルギーが元々は潮汐や大気擾乱によって海洋に与えられることに注目し,その乱流拡散スケールまでのカスケードダウン過程を数値的に調べることで,「緯度依存性のある内部波相互干渉機構を通じて形成された鉛直10mスケールの近慣性流シアーの強さが鉛直拡散強度をコントロールしている」ことを明らかにした。この結果から,強い鉛直乱流拡散が緯度30°より赤道側の海嶺や海山の近傍に限られることを世界に先駆けて予測するとともに,投棄式流速計による鉛直シアーの観測をグローバルに展開することで,この理論的予測を実証した。さらに,この観測結果に基づき,各経度・緯度における鉛直拡散係数をその場の内部潮汐波エネルギー密度の関数として定式化することで,深海における鉛直拡散係数のグローバルマップを作成した。最後に,我が国初の深海乱流計を使用して北太平洋の代表的な地点における乱流強度の直接観測を行い,このグローバルマップの有効性を確認した。Global mapping of diapycnal diffusivity in the deep ocean is essential to improve the ability of global ocean circulation models to predict future climate change. This article summarizes the theoretical and observational work on the global mapping of diapycnal diffusivity of the author's research group during the past 10 years. First, we have carried out numerical experiments to see how the energy supplied from the semidiurnal internal tide and atmospheric disturbances cascades through the deep ocean internal wave spectrum down to dissipation scales. We showed that this energy transfer process is dominated by the latitude-dependent, internal wave-wave interaction termed parametric subharmonic instability. This implies that enhanced fine-scale near-inertial current shear causing strong diapycnal diffusivity should not be found at latitudes farther than about 30° from the equator. This theoretical prediction has been validated through detailed expendable current profiler (XCP) surveys carried out throughout the world's oceans. Furthermore, based on the results of the XCP surveys, an empirical relationship has been found between the diapycnal diffusivity inferred using fine-scale parameterization and the local energy density of the semidiurnal internal tide; by incorporating the numerically predicted energy density of the semidiurnal internal tide at each longitude and latitude into the resulting empirical formula, we have obtained a global map which shows that diapycnal diffusivity is significantly enhanced around prominent topographic features in the latitude range from 20° to 30° (mixing hotspots). Finally, the validity of the resulting global map of diapycnal diffusivity has been confirmed through direct turbulence measurements carried out at key locations in the North Pacific.

Journal

  • Oceanography in Japan

    Oceanography in Japan 18(2), 115-134, 2009-03-05

    日本海洋学会

References:  51

Codes

  • NII Article ID (NAID)
    110007123560
  • NII NACSIS-CAT ID (NCID)
    AN10382760
  • Text Lang
    JPN
  • Article Type
    REV
  • ISSN
    09168362
  • NDL Article ID
    10192615
  • NDL Source Classification
    ZM44(科学技術--地球科学--海洋・陸水・火山)
  • NDL Call No.
    Z15-778
  • Data Source
    CJP  NDL  NII-ELS 
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