内部潮流

内部潮汐は、表面潮汐が層状の水を傾斜地形に沿って上下に動かすことで発生し、海洋内部に波を発生させます。したがって、内部潮汐は潮汐周波数の内部波です。内部波のもう 1 つの主な発生源は、慣性周波数に近い内部波を発生させる風です。小さな水塊が平衡位置からずれると、重力によって下向きに戻るか、浮力によって上向きに戻ります。水塊は元の平衡位置を超え、この乱れが内部重力波を引き起こします。Munk (1981) は、「海洋内部の重力波は、海面の波と同じくらい一般的です。おそらく、内部の静穏を報告した人は誰もいないので、おそらくそれ以上です」と述べています。 ^[1]

表層潮汐は、水柱全体の水塊が特定の位相（つまり、谷または山、図 1 上部）で同じ方向に振動する波として伝播します。これは、表層波の形状自体は水面全体に伝播する可能性がある一方で、流体粒子自体は比較的狭い範囲に制限されることを意味します。流体は、表層波の山が通過するときに上方に移動し、谷が通過するときに下方に移動します。横方向の動きは、波の山と谷の間の水柱の高さの差を埋め合わせるためだけに機能します。つまり、水柱の上部で表面が上昇すると、水は隣接する下向きの水柱から横方向に内側に移動し、水柱の体積の変化を埋め合わせます。この説明は海水の動きに焦点を当てていますが、ここで説明されている現象は本質的に界面波であり、2 つの流体（海水と空気）の界面の両側でミラーリング プロセスが発生します。最も単純なレベルでは、内部波は、水質躍層によって隔てられた暖かい表層と冷たい深層など、水の特性の変化によって区別される 2 つの海洋層の境界面における界面波 (図 1 下部) と考えることができます。表面潮汐が海洋表面でこれらの 2 つの流体層の間を伝播すると、相同な内部波が下でそれを模倣し、内部潮汐を形成します。海洋の 2 つの層間の界面の動きが表面の動きに比べて大きいのは、表面波と同様に、内部波と潮汐の復元力は依然として重力であるものの、2 つの層の密度が空気と海の境界面の大きな密度差に比べて比較的似ているため、その影響が小さくなるためです。したがって、海面よりも海洋内部で大きな変位が発生する可能性があります。

潮汐は主に日周期と半日周期で発生します。月の半日周期の主な要素は M2 として知られ、一般に振幅が最も大きくなります。(詳細については外部リンクを参照してください。)

最も大きな内部潮汐は、ハワイ海嶺、タヒチ、マコーリー海嶺、ルソン海峡の海底山脈などの急峻な海洋中央の地形で発生します。 ^[3] オーストラリア北西棚などの大陸斜面でも、大きな内部潮汐が発生します。 ^[4] これらの内部潮汐は、陸上に伝播して表面波のように消散する場合があります。または、内部潮汐は地形から離れて外洋に伝播する場合があります。ハワイ海嶺などの高くて急峻な海洋中央の地形では、内部潮汐のエネルギーの約 85% が深海に伝播し、そのエネルギーの約 15% が発生場所から約 50 km 以内で失われると推定されています。失われたエネルギーは、発生場所の近くで乱流と混合に寄与します。 ^{[5] [6]} 発電場所から出たエネルギーがどこで消散するかは明らかではないが、3つのプロセスが考えられる：1)内部潮汐が遠くの海洋中央の地形で散乱および/または崩壊する、2)他の内部波との相互作用により内部潮汐からエネルギーが除去される、または3)内部潮汐が大陸棚で浅瀬になって崩壊する。

Briscoe (1975) は、「我々はまだ『内部波エネルギーはどこから来て、どこへ行くのか、そしてその途中で何が起こるのか』という疑問に満足のいく答えを出すことはできない」と 述べています。 ^[7] 計測機器やモデリングの技術的進歩により、内部潮汐や近慣性波の発生に関する知識は深まりましたが、33年後に Garrett と Kunze (2007) は、「放射された [大規模な内部潮汐] の運命はまだ不明です。それらは、島^{[8] [9]} や荒れた海底 ^[10]とのさらなる遭遇により [より小規模な波] に散乱するか 、そのエネルギーを海洋内部のより小規模な内部波 ^[11]に伝達するか 、または「遠くの大陸斜面で砕ける ^[12]」可能性があります。 ^[13] 現在では、高く急峻な海洋中央の地形で生成された内部潮汐エネルギーのほとんどが、大規模な内部波として放射されることがわかっています。この放射された内部潮汐エネルギーは深海への主要なエネルギー源の一つであり、風力エネルギー入力のおよそ半分を占める。^[14]内部潮汐に対する幅広い関心は、混合の規模と空間的不均一性への影響によって促進され、それが今度は子午線循環に第一の影響を及ぼす ^{[3] [14]} 。^[15]

伝播方向に対して垂直な領域を通過する 1 回の潮汐周期における内部潮汐エネルギーは、エネルギー フラックスと呼ばれ、ワット/m で測定されます。1 点におけるエネルギー フラックスは深さにわたって合計することができ、これが深度積分エネルギー フラックスと呼ばれ、ワット/m で測定されます。ハワイ海嶺は、最大 10 kW/m の深度積分エネルギー フラックスを生成します。最長波長の波は最も速く、したがってエネルギー フラックスの大部分を運びます。ハワイの近くでは、最長の内部潮汐の典型的な波長は約 150 km で、次に長いものは約 75 km です。これらの波は、それぞれモード 1 とモード 2 と呼ばれます。図 1 では、内部潮汐の海面発現が見られませんが、実際には数センチメートルの変位があります。さまざまな波長での内部潮汐のこれらの海面発現は、Topex/PoseidonまたはJason-1衛星で検出できます (図 2)。 ^[9] ライン諸島海嶺の北緯15度、西経175度付近では、モード1内部潮汐が地形によって散乱し、乱流と混合を引き起こし、より波長の短いモード2内部潮汐を生み出している可能性がある。 ^[9]${\displaystyle ^{2}}$

避けられない結論は、エネルギーは海洋中央の地形と大陸棚で表面潮汐から内部潮汐へと失われるが、内部潮汐のエネルギーは必ずしも同じ場所で失われるわけではないということです。内部潮汐は、深海を破壊して混ぜ合わせる前に、数千キロメートル以上も伝播する場合があります。

内部潮汐と内部波の重要性は、一般に、その破壊、エネルギー散逸、深海の混合に関係している。海洋に混合がなければ、深海は薄い暖かい表層を持つ冷たいよどんだプールになるだろう。 ^{[16]南北循環（}熱塩循環 とも呼ばれる）は熱帯から極地へ約2 PWの熱を再分配するが、この流れのエネルギー源は比較的はるかに小さい約2 TWの内部混合である。 ^[14] サンドストローム（1908）は、表面で加熱および冷却される流体は深層循環を発達させることができないことを示した。 ^[17] ほとんどの地球モデルは、内部潮汐流を組み込まないか解決しないため、海洋全体で均一な混合を組み込んでいる。

しかし、現在ではモデルに、内部潮汐や、内部潮汐が発生する起伏のある地形、内部潮汐が砕ける遠方の地形に関連した空間的に変化する混合が取り入れられ始めている。Wunsch と Ferrari (2004) ^[要出典]は、海洋中央部の地形付近での空間的に不均一な混合の地球規模への影響を次のように説明している。「一連の証拠 (いずれも完全ではない) から、海洋の一般循環は熱機関どころか、風の力と深海の潮汐によってほぼ完全に支配されていることが示唆される...海洋の大部分で、有意な「垂直」混合は地形的に複雑な境界領域に限定されているという今や避けられない結論は、均一な混合で可能な内部循環とは根本的に異なる可能性があることを意味している。海洋循環モデルは、システムへのエネルギー入力を明示的に考慮しておらず、混合の空間的変動性も考慮していないため、気候条件の変化下で物理的な関連性があるかどうかが問題となっている。」 「海洋の内部波エネルギーを制御する発生源とその消散速度」についての理解は限られており、現在では「内部波、中規模渦、高周波順圧変動、および傾斜地形上のその他の動きの相互作用によって生成される混合のパラメータ化」が開発されつつあるところです。

内部潮汐は大陸​​の斜面や棚で消散することもある ^[12] し、海岸から100m以内に達することもある（図3）。内部潮汐は冷たい水の脈動を海岸に運び、大きな垂直温度差を生み出す。表面波が砕けると冷たい水が上方にかき混ぜられ、サーファーやスイマー、その他の海水浴客にとって水が冷たく感じられる。サーフィンゾーンの表面水は、約1時間で約10℃変化することがある。

モナ海峡などの島嶼航路や棚縁付近の急峻な海底山脈に衝突する半日周期の潮汐流によって生成される内部潮汐は、発生場所付近で乱流消散と内部混合を強める可能性がある。内部潮汐の崩壊中にケルビン・ヘルムホルツ不安定性が発生すると、光層への硝酸塩（NO ₃ ⁻）の垂直フラックスを生成し、局所的に新たな生成を維持できる高拡散パッチの形成を説明できる。^{[18] [19]大潮時に硝酸塩フラックスが増加するもう1つのメカニズムは、高周波内部}ソリトンパケット に関連する強力な乱流消散のパルスによって生じる。 ^[20]一部の内部ソリトンパケットは、内部潮汐の非線形進化の結果である。

• 潮
• 内部波
• 海洋物理学

• [1] スクリップス海洋研究所
• [2] 南カリフォルニア沿岸海洋観測システム
• [3] 海洋の内部潮汐、ハーパー・シモンズ、北極圏スーパーコンピューティングセンターのジェン・ワガマン著
• [4]テキサスA&M大学のボブ・スチュワート著「物理海洋学教科書」の主要潮汐成分
• [5] エリック・クンツェの内部波、内部潮汐、混合などに関する研究