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Y. Yamanaka
移流・拡散過程と水塊の形成
今週のポイント
水温や塩分は、
海面で極大値を獲得し、
混ざり拡がってゆく
各大洋における水温と塩分の南北-深度分布について
移流と拡散の特性について直感的に理解する
水塊の形成過程
今週のレポート問題
移流や拡散の特性に基づき、海洋の水温・塩分の分布を説明せよ。
Y. Yamanaka
水温と塩分の南北鉛直分布
60N
0
40N
20N
1
2
Eq
3
5
20S 40S
10
深さ(km)
60S
40S
20S
Eq
20N
40N
0
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
20 ℃
大西洋
塩分
0
1
2
3
4
5
34 34.3 34.5 34.7 35
60S
太平洋
深さ(km)
0
1
2
3
4
5
水温
深さ(km)
深さ(km)
大西洋
36 ‰
太平洋
Y. Yamanaka
水温の式
(
)
(
)
(
)
∂T
∂T
∂T
∂T
∂ AHH ∂T
∂ AHH ∂T
∂ AHV ∂T
＝−u
−v
−w
＋
＋
＋
＋S
∂t
∂x
∂y
∂z
∂x
∂x
∂y
∂y
∂z
∂z
水平移流
鉛直移流
水平拡散
鉛直拡散加熱冷却
移流形式
連続の式
∂u ∂v ∂w
∂(uT) ∂(vT) ∂(wT)
でもよい
＋
＋
＝0 が成り立つとき、 −
−
−
∂x ∂y ∂z
∂x
∂y
∂z
フラックス形式
性質(水温・塩分)が異なる
水塊・空気塊A・Bの振舞い
流れ
A
流れがないときはそのまま
流れに沿って動く
移流
AもBも個々のトレーサーの性質を
保存する
B
A
流れがないときも広がる
B
拡散
流れとは異なる方向にも広がる
A
AもBもトレーサーの性質を失って
いくが、AとBを合わせた性質は保存する
B
Y. Yamanaka
水塊の形成
S
A
B
B
C
C
S
T
深さ
C
10
0
S
密度が比較的近い水が
互いに層状になりながら
混ざってゆく
T
深さ
T
B
移流のみでは
固有水は保存
S
S
拡散によって
水塊の形成
36
26
σt
27
15
5
A
T
A
S
T
深さ
T
34
20
水温(℃)
海面で水温と塩分との組み合わせをもつ水(固有水)
が生成され、海水中でいくつかの固有水が混ざる
ことによって、特定の温度塩分分布をもつ水(水塊)が
形成される。
塩分(‰)
35
A
28
B
c
固有水(元々の水塊)
よく見られる水塊分布
ありえない水塊分布
Y. Yamanaka
全海洋における主要な水塊の温度・塩分分布
北大西洋
表層
中層
深層
南大西洋
地中海中層水
北大西洋深層水
南極海南太平洋
南極中層水
北太平洋中層水
南極底層水
(太平洋深層水)
北太平洋
34
水温(℃)
亜熱帯域
10 300800m
5
北太平洋
中層水亜寒帯域
0
36
20
26
σt
27
表層水
15
南大西洋
赤道域
28
1000m
3000m
(太平洋深層水)
塩分(‰)
35
34
36
100m
表層水
15
水温(℃)
20
塩分(‰)
35
北太平洋
10
北大西洋 28
深層水
600m
5
3000m
南極
0 中層水
26
σt
27
南極底層水
Y. Yamanaka
ある深さの水(T,S)は、
表層水(Ts,Ss)
a[%]
中層水(Ti,Si)
b[%]
深層水(Td,Sd)
c[%]
が混ざって出来たとすると
水温θ[℃]
0
測定番号： GEOSECS Sta.213
場所：
30.967N 168.475W
測定日： 22/09/1973
T = aTs + bTi + cTd
S = aSs + bSi + cSd
100 = a + b + c
の3つの式からa,b,cを決めれば良い
2000mでの水は、右の図から
表層水
13[%]x8[%]=1[%]
中層水
13[%]x92[%]=12[%]
深層水
87[%]
であることが分かる
塩分S[psu]
0.9
2
1
表層水
3
5
6
0
10
20
30
34
35
36
033
0. 8
0.0
4
8
10
水温θ[℃]
深さ[km]
2
7
中層水
2000m
0.1
3
深層水
34
35
塩分S[psu]
36
Y. Yamanaka
水平方向と鉛直方向の混ざり具合
密度が同じ水が混ざりやすい
(厳密には等密度面拡散)
塩分(‰)
35
34
20
水温(℃)
15
1000km水平方向に離れた水と
100m鉛直方向に離れた水とは
同じ程度混ざりやすい
10
5
36
A
28
B
c
0
水平拡散と鉛直拡散が同程度に影響を与えるスケールの見積もり
AH
水平拡散∼鉛直拡散
AH ∼ AV
(Δx)2
(Δz)2
26
σt
27
水平拡散係数
(代表的な値1×103[m2/s])
AV 鉛直拡散係数 -4
(代表的な値1×10 [m2/s])
Δx 代表的鉛直スケール
Δz 代表的水平スケール

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