境界流

世界最大の海洋ジャイル

西方境界流は、西部強化により海洋盆地の西側にできる暖流、深流、細流、高速流の流れです。 熱帯の暖流を極域に運ぶ。

西部強化編

西部強化は、海流の西側の腕、特にそのような海盆の大きなジャイに適用されます。 貿易風は熱帯で西向きに吹く。 中緯度では偏西風が東向きに吹く。 このため、海面には南北でカールのある応力がかかり、赤道方向（熱帯方向）へのスべルドラップ輸送が起こる。 質量保存と渦度保存の関係から、この輸送は西岸を流れる細くて強い北向きの流れによって釣り合わされ、沿岸摩擦によってもたらされる渦度と風の渦度入力が釣り合うようになっている。 極域ジャイルでは逆の効果が適用され、風応力カールの符号とその結果生じる流れの方向が逆になる。 北大西洋のメキシコ湾流など西側の主要な海流は、北太平洋のカリフォルニア海流など反対側の海流より強い。 このメカニズムは、アメリカの海洋学者ヘンリー・ストンメルによって明らかにされた。

1948年、ストンメルは『トランザクション』（アメリカ地球物理学連合）に重要な論文を発表した。 「この論文では、単純で均質な長方形の海洋モデルを用いて、非回転枠の海洋、一定のコリオリパラメータで特徴づけられる海洋、最後に緯度方向に変動するコリオリパラメータのある実際の海洋盆地の流線と表面高さの等高線を調べたものである。 この単純なモデル化では、海洋循環に影響を与える主要な要因を説明した。

• 表面風応力
• 底面摩擦
• 水平圧力勾配につながる可変表面高度
• コリオリ効果

この中で彼は密度一定で深さD+h{displaystyle D+h}の海洋を仮定した。

海流を見ている。また、実際の海洋が加速するのを妨げる散逸効果を説明するために、線形化した摩擦の項を導入した。 このように、彼は定常状態の運動量と連続の方程式から出発する。

f ( D + h ) v – F cos ( π y b ) – R u – g ( D + h ) ∂ h ∂ x = 0 ( 1 ) {displaystyle f(D+h)v-Fcos \left({frac {Cpi y}{b}} Secretariat)-Ru-g(D+h){hrac {partial h}{partial x}}=0PSIAQUAD (1) } {displaystyle(d)は定常状態の運動量と連続の方程式から始める。

– f ( D + h ) u – R v – g ( D + h ) ∂ h ∂ y = 0 ( 2 ) {}displaystyle \quad -f(D+h)u-Rv-g(D+h){}frac {partial h}{partial y}}=0qquad (2) } {}f{displaystyle ∂ h ∂ y = 0 ( 2) {}displaystyle ∂ quad {{displaystyle ∂ quad {{displaystyle ∂ quad

∂ x + ∂ y = 0 ( 3 ) {displaystyle \qquad {frac { Patchial }{ Patchial x}}+{ Patchrac { Patchial }{ Patchial y}}=0 qquad (3)} {displaystyle

ここでf { {displaystyle f}を表示します。

はコリオリ力の強さ、R {displaystyle R} はコリオリ力の強さである。

は底面摩擦係数、g {displaystyle g,\,}

は重力、- F cos ( π y b ) {displaystyle -Fathycos \left({frac {π y}{b}}right)} } は底面摩耗係数、- F cos ( π y b )は重力、(displaystyle -Fathycos |path) } は重力、(displaystyle -Fathycos |path) } は摩擦係数である。

は風の強制力である。 風はy = 0 {displaystyle y=0}で西向きに吹いている。

y = b {displaystyle y=b}では東に向かう。

.

Acting on (1) with ∂ ∂ y {displaystyle {frac {}partial }{partial y}}} ．

で、(2) は ∂ ∂ x {displaystyle {frac {partial }{partial x}}} である。

と引き算をして、(3)を利用する。 v ( D + h ) ( ∂ f ∂ y ) + π F b sin ( π y b ) + R ( ∂ v ∂ x – ∂ u ∂ y ) = 0 ( 4 ) {displaystyle v(D+h)\left({Thanfrac {partial f}{partial y}}right)+{{Copy F}{b}}sin \left({Copy y}{b}}right)+Rleft({Copy v}{Copy x}}- {Copy f}{b}}right){frac {Partial u}{Partial y}}right)=0quad (4)}.

Stream function ψ {displaystyle \psi } を導入した場合。

とし、D >> h {displaystyle D>>h}と仮定して線形化する。

, (4) 式は

∇ 2 ψ + α ( ψ ∂ x ) = γ sin ( π y b ) ( 5 ) {displaystyle \nabla} に帰着する。 ^{2} PSI +alpha \left({}frac {partial JPY}} {}frac {pi y}{b}}right)={}gamma \sin \left({}frac {pi y}{b}}right)\qquad (5)}.

Here

α = ( D R ) ( ∂ f ∂ y ) {displaystyle \alpha =⇄({}frac {D}{R}}right)\left({}frac {Partial F} {Partial Y}}right)} {Displaystyle =∂ ({}frac {Partial F} {Partial Y}}right)

and

γ = π F R b {displaystyle \gamma ={frac {\pi F}{Rb}}}

（5）の解にψ {displaystyle \psi }を境界条件とした場合。

は海岸線で一定、α {displaystyle \alpha } は異なる値で。

は、コリオリパラメータの緯度による変化が、西側境界流の強化を促す役割を強調するものである。 そのような流れは、東側のものに比べて、はるかに速く、深く、狭く、暖かいことが観察されている。

非回転状態（コリオリパラメータがゼロ）でそれが一定である場合、海洋循環は西側境界付近で強化/加速される方向に優先的に変化することはない。 流線は全方向に対称な挙動を示し、高さコンターは流線とほぼ平行な関係を示し、均一な回転海洋であることがわかる。 最後に、回転球面上、つまりコリオリの力が緯度方向に変化する場合、流線が非対称になる傾向があり、西岸に強く集まっていることがわかった。 8174>

Sverdrup balance and physics of western intensificationEdit

西部強化の物理は、海洋ジャイロの渦のバランスを維持するメカニズムによって理解することが可能である。 Harald SverdrupはHenry Stommelに先立ち、海洋中層の渦度バランスを、表面風の強制力と海洋上層内の物質輸送の関係から説明しようとした最初の人であった。 彼は地衡内流を仮定し、摩擦や粘性の効果を無視し、循環がある深さで消滅することを前提にした。 8174>

Sverdrup は、海洋の純内部流を表面風応力や惑星の渦度擾乱と結びつけるために、潜在的渦度論を導入した。 例えば、亜熱帯でのエクマン収束は、熱帯での貿易風と中緯度での偏西風の存在に関連し、鉛直下向きの速度、したがって水柱の圧壊をもたらし、その結果、海洋ジャイルは角運動量保存によってよりゆっくりと回転するようになると示唆された。 これは、惑星の渦度（大規模海洋循環では渦度の相対的な変化は大きくない）の減少によって達成されるもので、亜熱帯ジャイルの特徴である赤道方向の内部流によって達成される現象である。 逆に、エクマン発散が起こると、エクマン吸収（吸引）が起こり、水柱が伸びて極方向に戻る、亜極地ジャイルの特徴的な現象が起こる。

この回帰流は、Stommelが示したように、海洋盆地の西側境界付近に集中する子午線流で発生する。 Stommelは風応力強制による渦度源と釣り合うように、Sverdrup方程式に線形摩擦項を導入し、渦度シンクとして機能させた。 この水平流に対する海底の摩擦抵抗によって、Stommelは理論的に閉じた流域全体の循環を予測し、風駆動ジャイルの西向きの強化とその緯度によるコリオリ変化（ベータ効果）に起因することを実証したのである。 Walter Munk (1950)は、Stommelの西方激化の理論を、より現実的な摩擦項を用い、”渦エネルギーの横方向の散逸 “を強調することによって、さらに実現した。 このようにして、彼はStommelの結果を再現し、湾流に似た海洋ジャイルの西部境界流の循環を再現しただけでなく、亜熱帯ジャイルの北側に、逆方向に回転しながら発達するはずであることを示した。 この温暖化は、温暖化に伴うハドレー循環の拡大により、西側境界流が強化され、極方向にシフトしたことに起因する可能性があることがわかった。 このような温暖化ホットスポットは、米国東海岸の急激な海面上昇、メイン湾やウルグアイでの漁業の崩壊など、深刻な環境・経済問題を引き起こしている。