単一海盆の風応力 W2 に対する応答の時間発展

図4.11:［R1C-Tatl-W2］海面流速（ベクトル；cm s⁻¹ ）と順圧流線関数の初期値（R1C-Tatl-W0）との差（カラー；Sv）．風応力（W2）を与えて（上段）1∼10年後（下段）10∼100 年後．

図 4.12: ［R1C-Tatl-W2］海面浮度の初期値（R1C-Tatl-W0）との差（m s⁻²）．風応 力（W2）を与えて（上段）1∼10年後（下段）10∼100年後．

図 4.13: ［R1C-Tatl-W2］海面浮度フラックスの初期値（R1C-Tatl-W0）との差（m² s⁻³）．風応力（W2）を与えて（上段）1∼10年後（下段）10∼100年後．

図 4.14: ［R1C-Tatl-W2］表層（525m）における浮度の初期値（R1C-Tatl-W0）との 差（カラー；m s⁻²）．風応力（W2）を与えて（上段）1∼10年後（下段）10∼100年後．

上段の赤い実線は 1 ×10⁻⁴ m s⁻² の浮度偏差をあらわす．

図 4.15: ［R1C-Tatl-W2］鉛直積算した浮度 B の初期値（R1C-Tatl-W0）との差（カ ラー；m² s⁻²）．風応力（W2）を与えて（上段）1∼10年後（下段）10∼100年後．

図4.16: ［R1C-Tatl-W2］東西平均浮度の初期値（R1C-Tatl-W0）との差（m s⁻²）．風 応力（W2）を与えて（上段）1∼9年後（下段）10∼900年後．

図 4.17: ［R1C-Tatl-W2］子午面循環（z-ϕ座標上）の初期値（R1C-Tatl-W0）との差

（Sv）．風応力（W2）を与えて（上段）1∼9年後（下段）10∼90年後．

図 4.18: ［R1C-Tatl-W2］子午面循環（σ-ϕ座標上）の初期値（R1C-Tatl-W0）との差

（Sv）．風応力（W2）を与えて（上段）1∼9年後（下段）10∼90年後．

ここで，Borowski et al. (2002) の提案したシアー輸送の診断手法にもとづいて，以下 のようなシアー輸送関数 Ψ_ST を考える．これは傾圧第一モードが支配的な場合に，地衡 流のシアー輸送量を流線関数として水平2次元面上に可視化しようとするものである．

Ψ_ST(x, y) =−1 f

∫ ₀

−D

z(b− ⟨b⟩z)dz, (4.1) 温度風の関係：

f∂u

∂z =−∂b

∂y, f∂v

∂z = ∂b

∂x

を仮定すると，次のような鉛直シアーによる輸送量 U_ST，V_ST を定義することができる．

U_ST =−

∫ ₀

−D

z∂u

∂zdz = 1 f

∫ ₀

−D

z∂b

∂ydz =−∂Ψ_ST

∂y ,

V_ST =−

∫ ₀

−D

z∂v

∂zdz =−1 f

∫ ₀

−D

z∂b

∂xdz,= ∂Ψ_ST

∂x . U_ST, V_ST の模式図を図4.19にしめす．

-5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

図 4.19: 鉛直シアー輸送量の模式図．横軸を水平流速，縦軸を水深とする．赤い枠内の面

積は −z(∂u/∂z)δz であり，これを鉛直に積算することで最下層の流速を基準とした正味

の鉛直シアー輸送量 U_ST を得る．

シアー輸送関数 Ψ_ST は海洋の3次元浮度分布に対応する地衡流に関する情報を平面上 に可視化する．R1C-Tatl-W0と R1C-Tatl-W2 におけるΨ_STの分布を図4.20にしめす．

この実験において北半球に風応力は与えられないので，鉛直積算された海水の水平輸送 は低次のオーダーでゼロになる．正の極値の周囲で閉じたΨ_STの等値線は上層で時計回 り，下層で反時計回りの循環があることをあらわす．北半球北端では東に行くほど Ψ_ST が大きくなっている．海水は壁を通過できないのでΨ_STの等値線が北端境界と交差して いる領域には上層（下層）で側面境界に向かい，そこで沈降（湧昇）して下層（上層）で 境界から離れるような地衡流をもたらす構造がある．図4.20から，R1C-Tatl-W0に W2 の風応力を与えることによって，北半球高緯度では上層で南西から北端–北東角に向かい，

下層で西岸に向かう流れが強まることがわかる．また，回廊域では UST が約 30 Sv 大き くなり，これは海峡通過流量の増加と整合的である．

風応力 W2が与えられてからの Ψ_ST の時間発展を図4.21にしめす．風応力を与えた直 後から海峡の北側に負の ΨST 域（上層で反時計回り）が拡大することがわかる．これは 正の風応力カールによって形成される亜熱帯循環に対応する．海峡付近に生じる正の Ψ_ST 域はしだいに東へ拡大し回廊域以南をおおう．北半球では風応力を与えて50年程度経過 してから，北東角付近に ΨST 正偏差が 1 Sv を超える部分が現れる．この正偏差は北西 角を中心とする弱成層域を右に見ながら西南西方向に拡大し，西岸に達する．

図 4.20: ［R1C-Tatl-W0 R1C-Tatl-W2］鉛直シアー輸送関数Ψ_STの分布． （左）R1C-Tatl-W0．（右）R1C-Tatl-W2（Sv）．正のΨ_STは上（下）層で（反）時計回りの循環に対 応する．

図 4.21: ［R1C-Tatl-W2］鉛直シアー輸送関数Ψ_STの初期値（R1C-Tatl-W0）との差

（カラー；Sv）．風応力（W2）を与えて（上段）1∼10年後（下段）10∼100年後．正の Ψ_STは上（下）層で（反）時計回りの循環に対応する．