香辛料（海洋学）

スパイス、辛味、または辛さ（記号τ）は、海洋学における用語で、空間または時間における海水の温度と塩分の変化を指し、それらの複合効果により水の密度は変化しません。特定のスパイスの場合、温度の変化は塩分の変化によって相殺され、密度は変化しません。温度の上昇は密度を低下させますが、塩分の増加は密度を増加させます。このような密度補償された熱塩変動は、海洋上層で普遍的に見られます。暖かく塩分の多い水はよりスパイシーであり、冷たく塩分の少ない水はよりミントのような味になります。^{[ 1 ]}密度比が1の 場合、すべての熱塩変動はスパイスであり、密度の変動はありません。

海水の密度は、海洋における水の動き、すなわち熱塩循環の大部分を左右する。海水の密度は主にその水の温度と塩分によって決まる。これら2つの主要なパラメータ、すなわち温位Θと塩分Sの変化は、それぞれの熱膨張率によって増幅される。${\displaystyle \alpha }$または塩分収縮係数${\displaystyle \beta }$互いに等しい。${\displaystyle \alpha d\Theta }$そして${\displaystyle \beta dS}$どちらも密度の変化に比例し、どちらも海洋の線形化された状態方程式（ TEOS-10）の項である。この類似性は、海水混合の結果を理解する上で重要であると考えられている。^{[ 2 ]}

${\displaystyle \alpha d\Theta =\beta dS}$

密度${\displaystyle \rho }$等密度面では変化しません。しかし、混合によって温度と塩分が変化する可能性があります。したがって、辛味$\displaystyle \tau }$は、熱膨張と塩分収縮に比例する変数として導入される。この変数を等密度面に沿って積分すると、次の式が得られる。

${\displaystyle \int _{\rho }d\tau =\int _{\rho }\alpha d\Theta =\int _{\rho }\beta dS}$

辛味は、等温密度勾配が等塩分密度勾配に等しいものとして説明できる。

${\displaystyle \tau =2\int {\frac {d\rho }{dS}}|_{\Theta }\quad dS=-2\int {\frac {d\rho }{d\Theta }}|_{S}\,d\Theta }$

辛味の等密度勾配は、温度と塩分の等密度勾配に、密度の他の変数に関する微分を乗じることで等しくなるはずである。

${\displaystyle d\tau |_{\rho }=2\rho _{S}dS|_{\rho }=-2\rho _{\Theta }d\Theta |_{\rho }}$

辛味の影響の存在に関するもう一つの数学的意味は、${\displaystyle S,\Theta }$図では、等値線の負の傾きは辛味の温度微分と塩分微分の比に等しい。^{[ 3 ]}

$${\displaystyle {\frac {dS}{d\Theta }}|_{\tau }=-{\frac {\tau _{\Theta }}{\tau _{S}}}}$$

スパイシーさを導入する目的は、必要な状態変数の数を減らすことです。一定深度での密度はポテンシャル温度と塩分の関数であり、両方を使用することでスパイシーさを使用できます。等密度面に沿った水塊の変動のみを定量化することが目的であれば、同じ数の変数で同じ情報が得られるため、代わりに絶対塩分または温度の変動を使用できます。^{[ 3 ]}

もう一つの目的は、安定性比がどのように変化するかを調べることです。${\displaystyle R_{\rho }}$水柱の垂直方向に沿って変化する。安定性比は、垂直方向のプロファイルにおける温度変化の関与度と塩分変化の関与度を比較した数値であり、水柱の安定性に関する重要な情報を提供する。

${\displaystyle R_{\rho }=(-\rho _{\Theta }\Theta _{z})/(\rho _{S}S_{z})}$

この数値の垂直方向の変化は、しばしば辛味-潜在密度図やグラフで示され、角度は安定性を示します。^{[ 5 ]}

辛味度は、Gibbs SeaWater (GSW)ツールボックスを使用して、いくつかのプログラミング言語で計算できます。^{[ 6 ]}これは、熱力学的海水特性を導出するために使用され、政府間海洋学委員会(IOC)、国際海洋物理科学協会 (IAPSO)、および海洋研究科学委員会(SCOR) に採用されています。彼らは、 ^{[ 7 ]}によって提供される辛味度の定義 (それぞれ 0、1000、2000 dbar における gsw_spiciness0()、gsw_spiciness1()、gsw_spiciness2()) を使用します。これらの等圧線は、一般的に使用されるポテンシャル密度面に対応するため選択されています。密度は一定だが辛味度が異なる領域では、拡散により熱と塩分の正味の水流が発生します。

辛さの正確な定義については議論がある。具体的には、密度と辛さの直交性、およびポテンシャル温度と塩分のスケーリング係数の使用について議論されている。マクドゥーガル^{[ 3 ]}は、直交性を課すべきではないと主張する。理由は以下のとおりである。

• 直交性を強制する物理的な理由は存在しない。
• 直交性を強制することは、「必然的に塩分濃度軸と温度軸の任意のスケーリング係数に依存する」ことになる。言い換えれば、辛さは（選択された）スケーリング係数によって異なる意味を持つことになる。
• 辛味の意味は密度によって変化する。そのため、辛味は表面層の小さな垂直方向の広がりでのみ有効である可能性がある。^{[ 5 ]}

McDougall ^{[ 7 ]}は、TEOS-10 に辛味を実装したことにより、政府間海洋学委員会 (IOC)、国際海洋物理科学協会 (IAPSO)、海洋研究科学委員会 (SCOR) に採用されています。^{[ 6 ]}

Huang ^{[ 8 ]}は、直交システムは非直交システムよりも優れていると主張している。なぜなら、座標は独立しているとみなすことができ、点間の距離をより簡単に計算できるからである。

マクドゥーガル^{[ 3 ]}は、辛味は使用すべきではないと提言した。代わりに、等密度面の水塊と安定比を区別するために、塩分の変化を使用することを推奨している。${\displaystyle R_{\rho }}$安定性を確保するため、垂直な水柱の上に設置する。