12:00 〜 12:15
[AOS19-12] 海底地形による海洋大循環の制御と中規模擾乱の発生
キーワード：中規模擾乱、海底地形、西岸強化流、黒潮、黒潮続流
北太平洋における代表的な海流には黒潮がある．北太平洋亜熱帯循環の西縁にあたる黒潮は西岸強化流であり，千葉県銚子沖で離岸すると，東向きの黒潮続流となる．約160°Eでは南北に伸びるシャツキー海台と出会い，この地形周辺では流れ‐地形相互作用による流路の変動や中規模擾乱の発生が見られる．本研究では，北太平洋域を意識したモデリングによって，回転成層場における流れ‐地形相互作用による中規模擾乱（中規模渦や傾圧不安定波）の発生に関し，地球流体力学現象の観点からそれらのメカニズムを探る．
今回は，海底地形の存在による主流の変動やそれに伴う中規模擾乱の発生を調べるための3層準地衡流渦位方程式に基づく渦解像QGモデル（Hogg et al.,2010）を用い，海底地形を変えた4ケースのシミュレーションを行った．ケース1には地形を与えず，ケース2には円錐型の地形（円形海山；以下corn），ケース3には半円筒型の地形（南北海嶺；以下kamaboko），ケース4にはその両方の地形（円形海山＋南北海嶺）を与えた．各ケースに共通して，北太平洋域に対応するダブルジャイヤの海域（東西10,000 km，南北5,000 km）に，現実を模擬した東西風応力を与え，数値シミュレーションを行った．得られた結果（瞬間の圧力等）からは，平均場（時間平均）に見られる流れ（平均流）と長寿命の渦（定在的な渦）を差し引き，擾乱場（瞬間）にしか見られない短寿命の乱れ（中規模擾乱）を分離して解析した．更に，中規模擾乱の量の時系列変動に関しては，東西強流域と地形周辺の2種類の領域に絞って調べた．
用いる物理量は圧力 pi (i=1,2,3)，渦位 qi (i=1,2,3) とし，まず，1層目の圧力 p1 から平均場を見る．図1には，圧力 p1 の10年平均値 p1―(10) の空間パターンを描画している．各ケースの強流域は，西岸や中間緯度付近に見られ，地形を与えていないケース1では最も顕著なダブルジャイヤとそのフロントの東西強流域が見られる．今回は北太平洋域に対応する風応力を与えており，このダブルジャイヤは北太平洋亜熱帯循環・亜寒帯循環に，フロントの強流は黒潮続流に対応させている．一方，地形を与えたケース2～4では，地形によって中間緯度付近の強流が遮られたり蛇行させられたりしており，地形の上部には高気圧性の定在的な渦が存在する．特に地形後方の蛇行流に注目して，ケース3とケース4を比較すると，kamabokoにcornが付加されることで，kamabokoの背後に2波長の流れが強化されていることが分かる（図1のケース4）．
次に，1層目の渦位から中規模擾乱の空間パターンを見る．瞬間の渦位 q1 の偏差（ただし，時間平均値としては1年平均値 q1―(1) を採用）としての渦位の擾乱 q1' について，中規模擾乱の発達している所とそうでない所の差を明瞭にするため，10年平均を取った．その際，正負による打ち消しを防ぐために2乗をしている．図2には，上述した渦位の擾乱の2乗の10年平均値 (q1')2―(10) の空間パターンを可視化したが，数値が高いほど，強くて細かい中規模擾乱が発達していることを示している．各ケースの中規模擾乱の発達箇所は西岸の強流域や地形周辺であり，図1（1層目の圧力 p1 の10年平均値 p1―(10) ）に見られる強流域と対応している．また，ケース3とケース4を比較すると，kamabokoにcornが付加されることで，kamabokoの背後に2波長の流れが強化されていたが（図1のケース4），それに伴って (q1')2―(10) が強まっている（図2のケース4）．これらより，地形の影響で流れが乱され，層間の界面高度の変化が増して位置エネルギーが大きくなる，すなわち，傾圧不安定が強化されている可能性が示唆された．そして，大きくなった位置エネルギーは運動エネルギーとして解放され（傾圧不安定の解消），中規模擾乱が発達するというメカニズムを考えた．この地形による流れの変化の仕方や傾圧不安定の強化の程度は，地形の形状や配置，組み合わせで変わり，海底地形が中規模擾乱の発生に重要な役割を果たしていることが分かった．
今後の発展として，北太平洋域の伊豆海嶺やシャツキー海台（タム山塊）を模した海底地形としてのkamaboko，cornの位置（緯度・経度）や高さを変えてモデリングすることで，より現実の現象へのシミュレーション結果の適用の妥当性が示されると考えている．
今回は，海底地形の存在による主流の変動やそれに伴う中規模擾乱の発生を調べるための3層準地衡流渦位方程式に基づく渦解像QGモデル（Hogg et al.,2010）を用い，海底地形を変えた4ケースのシミュレーションを行った．ケース1には地形を与えず，ケース2には円錐型の地形（円形海山；以下corn），ケース3には半円筒型の地形（南北海嶺；以下kamaboko），ケース4にはその両方の地形（円形海山＋南北海嶺）を与えた．各ケースに共通して，北太平洋域に対応するダブルジャイヤの海域（東西10,000 km，南北5,000 km）に，現実を模擬した東西風応力を与え，数値シミュレーションを行った．得られた結果（瞬間の圧力等）からは，平均場（時間平均）に見られる流れ（平均流）と長寿命の渦（定在的な渦）を差し引き，擾乱場（瞬間）にしか見られない短寿命の乱れ（中規模擾乱）を分離して解析した．更に，中規模擾乱の量の時系列変動に関しては，東西強流域と地形周辺の2種類の領域に絞って調べた．
用いる物理量は圧力 pi (i=1,2,3)，渦位 qi (i=1,2,3) とし，まず，1層目の圧力 p1 から平均場を見る．図1には，圧力 p1 の10年平均値 p1―(10) の空間パターンを描画している．各ケースの強流域は，西岸や中間緯度付近に見られ，地形を与えていないケース1では最も顕著なダブルジャイヤとそのフロントの東西強流域が見られる．今回は北太平洋域に対応する風応力を与えており，このダブルジャイヤは北太平洋亜熱帯循環・亜寒帯循環に，フロントの強流は黒潮続流に対応させている．一方，地形を与えたケース2～4では，地形によって中間緯度付近の強流が遮られたり蛇行させられたりしており，地形の上部には高気圧性の定在的な渦が存在する．特に地形後方の蛇行流に注目して，ケース3とケース4を比較すると，kamabokoにcornが付加されることで，kamabokoの背後に2波長の流れが強化されていることが分かる（図1のケース4）．
次に，1層目の渦位から中規模擾乱の空間パターンを見る．瞬間の渦位 q1 の偏差（ただし，時間平均値としては1年平均値 q1―(1) を採用）としての渦位の擾乱 q1' について，中規模擾乱の発達している所とそうでない所の差を明瞭にするため，10年平均を取った．その際，正負による打ち消しを防ぐために2乗をしている．図2には，上述した渦位の擾乱の2乗の10年平均値 (q1')2―(10) の空間パターンを可視化したが，数値が高いほど，強くて細かい中規模擾乱が発達していることを示している．各ケースの中規模擾乱の発達箇所は西岸の強流域や地形周辺であり，図1（1層目の圧力 p1 の10年平均値 p1―(10) ）に見られる強流域と対応している．また，ケース3とケース4を比較すると，kamabokoにcornが付加されることで，kamabokoの背後に2波長の流れが強化されていたが（図1のケース4），それに伴って (q1')2―(10) が強まっている（図2のケース4）．これらより，地形の影響で流れが乱され，層間の界面高度の変化が増して位置エネルギーが大きくなる，すなわち，傾圧不安定が強化されている可能性が示唆された．そして，大きくなった位置エネルギーは運動エネルギーとして解放され（傾圧不安定の解消），中規模擾乱が発達するというメカニズムを考えた．この地形による流れの変化の仕方や傾圧不安定の強化の程度は，地形の形状や配置，組み合わせで変わり，海底地形が中規模擾乱の発生に重要な役割を果たしていることが分かった．
今後の発展として，北太平洋域の伊豆海嶺やシャツキー海台（タム山塊）を模した海底地形としてのkamaboko，cornの位置（緯度・経度）や高さを変えてモデリングすることで，より現実の現象へのシミュレーション結果の適用の妥当性が示されると考えている．