黒潮~黒潮続流の前線波動

 

前線波動について

黒潮および黒潮続流には流路に沿って波長数百 kmの蛇行が存在し、下流に伝播することが知られています。これらは前線波動と呼ばれ、沿岸/沖合、亜熱帯/亜寒帯の海水交換、および熱やエネルギーの輸送に大きな影響があると考えられています。本研究では、黒潮が離岸する房総沖に係留系を設置し、この海域を通過する波動の特性を明らかにしました。

海洋大循環モデルOFESが再現した
黒潮および黒潮続流

データソース

OFES3日毎
スナップショット
 


Kouketsu et al. (2005)
   Kouketsu et al. (2007)

Sugimoto et al(1998)
Qiu et al (1990)

Toda (1993) 
Akiyama & Saitoh (1993)
Yoshida (2004)

Kasai et al (1993)
Kimura & Sugimoto (1993)
Kimura & Sugimoto(2000)

研究の目的

日本南岸の黒潮および黒潮続流域の前線波動は、おおむね波長100 ~ 400 kmの波動が位相速度 14 ~ 30 cm/sであることが報告されているが、その力学機構についてはよくわかっていなかった。また、黒潮が離岸する房総沖の海域は観測の空白域となっていた。そこで、本研究では房総沖に研究係留系を設置し、ここを通過する前線波動の特性を調べた。

黒潮および黒潮続流域での既往の前線波動の研究

資料と方法

房総沖の水深1000 ~ 2000 mの海域に流速計10個を備えた係留系を4系設置し、2003年4月から2004年3月まで約1年間データを取得した。


得られたデータはExtended EOF (EEOF)解析*により

伝搬性の変動成分の特性を調べた。

房総沖の係留系構成

*通常のEOF解析は時系列データの共分散から定在的な変動主成分を抽出するのに対し、EEOFは元の時系列に一定間隔のラグを取った時系列を連結したデータについて共分散を取る事により、伝搬性の変動を抽出できる。

EEOFから得られた波動特性と成長率

  1. 卓越周期が長いほど
    波長が大きく位相速度は遅い

  2. 主要モードは長周期側に分布

  3. 第1-4モード (合計37%):
    17-18日周期、波長300-480km, 位相速度16-29cm/s

  4. 第2-5モード (合計19%):
    11-13日周期、波長280-340km,位相速度22-30cm/s

  5. 第1 – 4モードのみ振幅が
    下流に向かって増幅

EEOF主要モードの
波長・位相速度・成長率。 円の大きさは各モードの寄与率を表す。

主要モードのエネルギー変換と鉛直構造

  1. 上層・下層とも渦場から平均場へ
    運動エネルギーフラックス
    (上位14モードで渦場→平均場)

  2. フラックスは第1-4モード上層で
    強く、これらのモードでは下層が先行

エネルギー変換と

鉛直構造

黒潮域および湾流域の過去の研究結果との比較

2層モデルによる解析~傾圧不安定波としての性質

Pedlosky (1987)によると、f-面上での2層流体中の傾圧不安定波の位相速度は下記のように与えられる。

ただし、γは2層の層厚の比、Rは内部変形半径、Kは波数である。


観測された前線波動の位相速度が上層と中層の流速の中間であること、波長が大きくなると遅くなる点は上記モデルと整合的であり、傾圧不安定波としての性質が強い事が示された。


湾流域との位相速度の違いの1つの可能性は、背景流速の違い(湾流域の方が早い)であるが詳細は今後の課題である。

考察:前線波動と黒潮の総観的流路

黒潮

離岸点付近の前線波動

下流へ伝搬

平均流動場強化

長波長成分が

卓越、振幅増大

中層の位相が
上層に先行

係留系による流速データの解析から、房総沖の黒潮離岸点付近での前線波動の特性として以下のことが明らかになった。

    1. 伝搬

      1. 長周期ほど波長が長く位相速度が小さい

      2. 最主要モードは卓越周期17–18日、波長300–480km、位相速度16–29cm/s

    2. エネルギー

      1. 上位14モードで渦場から平均場へ運動エネルギーを供給

      2. 第1–4モードのみ下流に向かって変動が増幅

      3. 第1–4モードは中層の位相が上層に対して平均0.12π先行


これらのことから、 前線波動が傾圧不安定、シアー強化過程を介して総観的スケールの流路形成・変動へ影響している可能性が示唆される。

参考資料・文献

  1. Itoh, S. and T. Sugimoto: Current variability of the Kuroshio near the separation point from the western boundary, J. Geophys. Res., 113, C11020, doi:10.1029/2007JC004682, 2008 [Abstract] [Full text (ID&Password: 72120144)]

  2. Frontal waves along the Kuroshio, AGU Fall meeting, Dec. 2008, San Fransisco, US [PDF]

略歴・研究のページへitoh_cv_pub.html

分散関係