風成循環と地衡循環

回転する地球に作用する地表の風は、海洋の亜熱帯および亜寒帯の巨大なジャイアを駆動する。これらのジャイアの内部はほぼ地衡平衡で流れ、その西側境界はメキシコ湾流や黒潮のような高速な海流へと強化される。

Definition

風成循環とは、地表の風応力によって強制される大規模な上層海洋の流れであり、その内部は地衡平衡（水平圧力勾配力とコリオリ力のバランス）に従うジャイアとして組織化される。

Scope

このトピックでは、風応力によるエクマン輸送とポンピング、内部ジャイア輸送を決定するスベルドラップ平衡、西岸境界流とその強化の力学、海流と圧力（または海面高度）勾配間の地衡関係、および主要な表面海流とジャイアの構造について扱う。

Core questions

• コリオリ効果を介した風応力は、どのようにして海盆規模のジャイアを形成するのか？
• なぜメキシコ湾流のような西岸境界流は、広範な内部流と比較して非常に狭く速いのか？
• 密度または海面高度の測定値から、どのように地衡流を推測できるのか？
• 風成ジャイアの総体積輸送量は何によって決定されるのか？

Key theories

スベルドラップ平衡

海洋内部では、水柱全体で積分された子午線方向の輸送は風応力のカールに比例し、風成ジャイアの体積輸送量を決定する。

西岸強化

緯度によるコリオリパラメータの変動は、ジャイアの還流を狭く強い西岸境界流へと強制し、メキシコ湾流のような特徴を説明する。

地衡法

内部海流はほぼ地衡的であるため、仮定された無運動面を基準として、密度データから導出された圧力面の傾斜から水平速度を計算できる。

Mechanisms

風応力はエクマン層を駆動し、その正味輸送は風に対して垂直である。この輸送の空間的変動は、水を地衡的な内部へと下方または上方へ汲み上げ、そこで渦の伸長が子午線方向の運動（スベルドラップ平衡）によってバランスされる。ポテンシャル渦度の保存則により、閉じた還流は西側境界に集中し、強化された海流を生み出す必要がある。

Clinical relevance

ジャイア循環とその境界流は、莫大な量の熱を極方向へ輸送し、地域の気候、漁業生産性、および航路を形成している。現在、衛星高度計による海面高度データは、地衡流をほぼリアルタイムで地球規模でマッピングしている。

History

風成循環の理論は、1947年から1950年にかけて、内部輸送と風応力カールを関連付けたスベルドラップ、コリオリパラメータの変動を通じて西岸強化を説明したストンメル、そしてこれらを完全なジャイアモデルに統合したマンクによって構築された。

Key figures

• Harald Sverdrup
• Henry Stommel
• Walter Munk

Seminal works

• stommel1948
• sverdrup1947

Frequently asked questions

なぜメキシコ湾流は大西洋の西側にあるのですか？

コリオリ効果の極方向への変化により、風成ジャイアの還流が西側境界に沿った狭く速いジェット流に強制され、北大西洋ではそれがメキシコ湾流となります。

地衡流とは何ですか？

地衡流とは、コリオリ力と水平圧力勾配力が釣り合っている海流のことで、水は等圧線に沿って流れ、横切ることはありません。