物理海洋学
物理海洋学は、海洋を回転する成層流体として扱い、熱、塩分、運動量がどのように密度構造を決定し、数センチメートルから全海洋盆にわたるスケールで海流、波、混合を駆動するかを記述します。
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Definition
物理海洋学は、海洋の物理的状態と運動、すなわちその温度、塩分、密度場、および風、加熱、冷却、地球の自転による強制によって生じる海流、波、潮汐、乱流の研究です。
Scope
この分野は、海水の熱力学的特性と状態方程式、水柱の鉛直熱塩構造、風成循環と密度駆動（地衡流）循環、コリオリ力に支配される回転流の力学、表面重力波と内部重力波、および熱、塩分、エネルギーの収支を閉じる小規模な乱流と混合を対象とします。
Sub-topics
Core questions
- 温度と塩分はどのように組み合わさって海水の密度と水柱の安定した成層を決定するのか？
- なぜ大規模な海流は、等圧線に沿って流れ、横切らないのか？
- 表面の風と地球の自転は、どのようにして海洋盆規模のジャイアと境界流を組織するのか？
- エネルギーは、大規模な海流や波から、混合によって散逸する小規模なスケールへとどのように伝達されるのか？
Key theories
- 地衡バランス
- 境界から離れた大規模なスケールでは、水平圧力勾配力とコリオリ力が釣り合っており、海流は等圧線に沿って流れ、密度場と海面高度場の傾斜から推測することができます。
- エクマン輸送とポンピング
- 風応力による摩擦は、回転する境界層を介して、風に対して直角方向に正味の質量輸送を駆動し、その収束と発散が水を鉛直方向に汲み上げ、内部循環を強制します。
- 海水の状態方程式
- 密度が温度、塩分、圧力に非線形に依存することは、浮力、成層、およびキャベリングや熱気圧性などの現象を支配し、海水の国際熱力学標準で体系化されています。
Clinical relevance
物理海洋学は、海洋と大気の結合を通じた天気予報と気候予測、海上航行と運用予測、汚染物質と幼生の分散、および海洋および沿岸工学の設計の基礎となり、海水の運動の物理学は社会にとって広範な影響を及ぼします。
History
定量的物理海洋学は、チャレンジャー号探検（1872-1876年）と、20世紀初頭のビヤークネス、エクマン、スベルドラップによる力学的研究から発展しました。スベルドラップ、ストメル、マンクによる風成循環の中期理論に続き、衛星高度計やArgoのようなグローバルフロートアレイの登場により、この分野は定量的で観測データが豊富な科学へと変貌しました。
Key figures
- Vagn Walfrid Ekman
- Harald Sverdrup
- Henry Stommel
- Walter Munk
Related topics
Seminal works
- talley2011
- vallis2017
Frequently asked questions
- なぜ海洋では塩分が温度と同じくらい重要なのでしょうか？
- 温度と塩分は両方とも海水の密度を制御し、冷たい極域の海域では塩分が支配的であることが多く、これらが組み合わさって水の沈降場所、水柱の成層、およびどの水塊が形成されるかを決定します。
- 海流がまっすぐ下り坂に流れるのではなく、向きを変えるのはなぜですか？
- 地球の自転はコリオリ効果をもたらし、これが移動する水を偏向させ、圧力勾配とのバランスにおいて、大規模な海流が等圧線を横切るのではなく、ほぼ平行に流れるようにします。