中規模渦の種類の紹介 中規模渦の役割は何ですか?

中規模渦（気象誘発海洋渦とも呼ばれる）とは、直径が 100 ～ 300 キロメートル、寿命が 2 ～ 10 か月の海洋の渦を指します。肉眼で見える一般的な渦と比較すると、中規模渦は直径が大きく、寿命も長いですが、一年中存在する大規模な海洋循環と比較するとはるかに小さいため、中規模渦と呼ばれています。今日は、おもしろ歴史編集長が皆さんに詳しく解説します〜

通常、低気圧性渦（北半球では反時計回りに回転）と高気圧性渦（南半球では反時計回りに回転）の 2 種類に分けられます。

中規模渦の分類

中規模渦は、大気中のサイクロンや高気圧に非常に似ているため、気象型海洋渦とも呼ばれます。

通常、2 つのタイプがあります。1 つは、中央の海​​水が下から上に移動し、下層の冷たい水が上層の暖かい水に運ばれる低気圧性の渦 (北半球では反時計回りに回転) で、渦内の水温が周囲の海水よりも低くなります (通常、海の中心は周囲よりも低くなります)。これは冷渦とも呼ばれます。

もうひとつは高気圧性の渦（北半球では時計回りに回転）で、中心の海水が上から下へ移動し、上部の暖かい水が下部の冷たい水に運ばれます。渦内の水温は周囲の水温よりも高く（一般的に中心の海面は周囲よりも高い）、温暖渦とも呼ばれます。

中規模渦は世界中のすべての海洋に存在し、そのほとんどは北大西洋、特にバミューダトライアングルに集中しています。 1957年以来、北西太平洋では約200個の高気圧性渦が発見されている。

中規模渦の動きは、回転、並進、垂直の 3 つのタイプに分けられます。

中規模渦は、海域を流れる海水の本来の動きを変え、海流の方向を劇的に変化させ、流速を数倍から数十倍に増加させ、水の強い上下運動を伴います。位置エネルギーは渦の中心で最大となり、中心から離れるにつれて減少します。

渦の運動エネルギーの最大値は中心ではなく、水の回転の線速度が最も大きい領域にあります。

中規模渦の役割

1. 海洋の水理学的特性への影響

1 つ目は、中規模渦が海面水温 (SST) に与える影響です。低気圧 (高気圧) の中規模渦は、海面高度 (SSH) が低い (高い) 状態になります。地衡力の作用により、海面上の海水が発散 (収束) し、その補足として下層 (上層) の海水が上昇 (下降) し、海面の SST が低く (高く) なります。

したがって、中規模渦は、それぞれ低気圧性渦と高気圧性渦に対応する冷渦と温渦に分けられます。中規模渦が SST に与える影響は、それが引き起こす湧昇流や沈降流によるだけでなく、中規模渦が背景 SST に及ぼす撹拌効果によるものでもあります。

海洋前面のSST勾配は非常に大きく、中規模渦の強い撹拌効果により、冷たい水が暖かい水に運ばれ、暖かい水も冷たい水に運ばれ、SSTの「冷たいフィラメント」と「暖かいフィラメント」が生成されます。

中規模渦が SST に影響を及ぼすと、一連の連鎖反応が発生します。たとえば、海と空気の間の熱流束が変化しますが、これについてはここでは詳しく説明しません。

2 つ目は、中規模渦が温度、塩分、粒子に及ぼす輸送効果、いわゆる渦流束です。温度、塩分、流れなどの平均的な背景場に対して、中規模渦の存在は背景場に不規則な脈動を生み出します。脈動流速と脈動温度（塩分、粒子密度）の複合効果により、いわゆる渦熱（塩分、粒子）輸送が生み出されます。

関連研究によると、この渦の輸送効果は背景の移流効果と比較して無視できず、渦の輸送効果は西境界流とその延長、および南極周極流において特に顕著です。

中規模渦は、それ自体の回転に加えて、常に「移動」しています。高度計から、海洋の中規模渦が長ロスビー波に近い速度で西方向に伝播していることがわかります。これは、海洋の中規模渦がロスビー波の局所的な現れである可能性を示しています。

この意味で、海洋のエネルギーは中規模渦の形で西に向かって継続的に伝播し、それによって海洋全体の循環を調整します。さらに、実際の海洋における中規模渦は厳密には直線的ではなく、つまり中規模渦の流線は厳密には閉じておらず、そのため中規模渦は物質を西方向に継続的に運びますが、この点に関する関連研究はまだ非常に不足しています。

II. 海洋化学・生物環境への影響

中規模渦は海洋の化学的、生物学的環境にも大きな影響を及ぼします。例えば、中規模渦によって引き起こされる湧昇は、下層海洋から有光層に栄養分を運び、それによって海洋における一次生産性の増加を促進します。

さらに、前線での中規模渦の撹拌と中規模渦による粒子への渦輸送効果も、局所的な海洋化学と生物環境に影響を与えるでしょう。

最近サイエンス誌に掲載された報告書によると、北東太平洋海嶺の中規模渦は特に強い正圧を有し、それが海底の深さに影響を与え、海底熱水噴出孔の生物群集の移動を助けている可能性があるという。中規模渦が深海の海洋生態系に前例のない影響を及ぼしていることがわかる。

大規模プロセスと小規模プロセスをつなぐものとして、中規模渦はエネルギー製品チェーンにおいて重要な役割を果たします。まず、傾圧不安定性（または順圧不安定性などの他の理由）により、背景流から中規模渦が生成され、背景場からエネルギーを吸収して成長し続け、それによって大規模から中規模にエネルギーが伝達されます。

中規模渦の消散プロセスは、中規模から小規模にエネルギーを伝達し、最終的に熱エネルギーの消散に変換します。中規模渦の発生と消散のメカニズムとプロセス、特に消散のメカニズムとプロセスについてはコンセンサスがなく、関連する報告は非常に少ない。

いくつかの最近の報告では、高気圧性中規模渦が、慣性エネルギーを下向きに伝播する「チャネル」である可能性があり、これが深層海水の混合に役立ち、エネルギーが小さなスケールに伝達されるのを促進すると指摘されています。さらに、中規模渦が強固な海底地形を通過するときに風下波を発生させ、風下波が砕けることで海水の混合が引き起こされるという報告もあります。