ロフォーテン渦
2000年7月のロフォーテン諸島海盆における平均渦運動エネルギー（EKE）プロファイル。赤い矢印は同月の平均地衡流を表す。[ 1 ] [ 2 ]

ロフォーテン渦（ロフォーテン海盆渦、ロフォーテン海盆渦とも呼ばれる）は、ノルウェー海北部、ロフォーテン諸島沖に位置する海洋の恒常的な高気圧性渦である。1970年代に初めて記録された。[ 3 ]

ロフォーテン海盆は、永久渦の存在により、海面水温と渦運動エネルギーが局所的に高い領域を形成しています。渦内の局所的な海流と冬季に観測される強い対流は、栄養塩に富んだホットスポットを生み出し、周囲の海洋生物に影響を与えています。[ 3 ]

さらに、ロフォーテン渦はその並外れた持続性と位置により、この地域の濃密な水の形成に影響を及ぼす可能性が高い。[ 4 ]

物理的特性

北欧の海の水深測量図。等深線と主な地形的特徴の説明が記載されている。[ 5 ]

ロフォーテン海盆は、東はノルウェー大陸斜面、南と南西はヴォーリング台地とヘルゲラン海嶺、北西はモーン海嶺の間に位置する、水深約3250メートルの地形的に明確な窪地である。 [ 6 ]この複雑な海底地形は、海盆の 2つの主要な海流の位置を特定する上で極めて重要である。

  • ノルウェー大陸棚に沿って南北に流れるノルウェー大西洋斜面流（NwASC）。
  • ノルウェー大西洋前線流（NwAFC）は斜面流とほぼ平行に流れますが、ヴォーリング高原の西側を下り、その後モーン海嶺に沿って流れます。

これらの海流は、ロフォーテン渦の持続を保証するメカニズムにおいて重要な役割を果たします。

この渦はロフォーテン海盆の最深部に局在しています。これは恒常的な高気圧性渦であり、その持続性は過去数年間、船舶[ 7 ] 、シーグライダー[ 8 ]、そして衛星による測定によって記録されています。

渦の半径は推定15～20kmで、厚さ1200mの大西洋水（温水・塩水）の渦核が、水深600～800mで0.8m/sに達する速度で渦を巻いている。速度構造はランキン渦に類似しており、方位角速度が外向きに緩やかに減少する特徴がある。[ 3 ]

ロフォーテン渦の中心に閉じ込められたRAFOSフロートは、渦の中心が15ヶ月で1850km移動したことを明らかにしました。平均移動速度は1日1～5kmですが、ピーク時には1日15kmに達しました。これらの測定結果から、ロフォーテン盆地の最深部付近で渦が概ね下降傾向にあり、反時計回りに動いていることが確認されました。[ 3 ]

塩分濃度と水温のプロファイルから、渦の内部水文地形は二重凸レンズ構造を特徴としていることがわかる。水深約200mで上向き、水深約600mで下向きのドーム状等温線[ 4 ]が、鉛直平均水温プロファイルで確認できる。この構造は、ロフォーテン海盆深部が特に冬季に北欧海の主要な対流域となっていることを示している。ロフォーテン渦内部では、大西洋水は最大800mの深さまで浸透しており、これは同じ海域の他のどの場所よりもはるかに深い。[ 4 ]  

渦の密度プロファイルは強い季節性を示す。夏季には二重核構造が認められ、太陽熱で温められた表層水の成層によって浅い密度躍層が形成される。一方、冬季には表層水の冷却によって強い対流が生じ、密度プロファイルが均一化され、密度躍層は水深1200mまで深くなる。[ 9 ]

表面署名と追跡

2000年7月のロフォーテン海盆の平均海面異常（SLA）と平均流速を矢印グラフで表示。ロフォーテン渦は、東経3～5度から北緯70度の間の相対的に正のSLAの明るい点として検出され、高気圧性の渦巻く矢印に囲まれている。[ 1 ] [ 2 ]

ロフォーテン渦には、その検出に役立つ 2 つの表面特徴があります。

まず、海面水温（SST）マップ上では、渦は負のSST異常として認識できます。しかし、冷水核の表面シグネチャーは衛星記録では一貫して検出できないため、通常は信頼性の高い追跡方法として扱われません。[ 4 ]

ロフォーテン渦は高気圧構造であるため、正の海面異常（SLA）として分析することができます。SLAを測定した衛星データは、利用可能なデータセットの83%でこの渦の持続的な存在を示しており、その存続期間は90日から1年以上に及びます。記録されている最長の渦は、2002年5月から2004年4月までの2年間でした。[ 4 ]

2つの特定された渦の間の期間において、渦が消失したのか、それとも単に検出されなかったのかは不明であることを指摘しておく必要がある。これは、渦がサブメソスケール構造を呈し、SLAが検出できない場合に当てはまる可能性がある。

ロフォーテン渦を支えるメカニズム

これまでに2つのメカニズムが特定されており、どちらもロフォーテン渦の形成と維持に重要な役割を果たしている。[ 9 ] [ 10 ]

  • NwASC によって生成された小さな高気圧の合体。
  • 冬の対流。
北欧海の海底地形図[ 11 ]と主流。北西ACは北西AFCと北西ASCに分裂している様子が示されている。ロフォーテン渦のおおよその位置も示されている。

高気圧の合体

高気圧の発生領域

ロフォーテン渦は、ロフォーテン盆地の地形的窪地の最深部に位置しています。盆地の東境界流（NwASC）の不安定性により、低気圧と高気圧は東から吹き飛ばされます。

回転タンクでの実験で示されているように、低気圧は海山の中心に対して高気圧の螺旋を描いて斜面を上昇し、高気圧は低気圧の螺旋を描いて海底の窪みの中心に向かって下降します。[ 12 ]同様に、ノルウェー大西洋斜面流 (NwASC) から放出される高気圧は、ロフォーテン海盆の最深部に向かって反時計回りに螺旋状に進みました。[ 9 ]一部の高気圧は海盆内で終息しますが、より長く続く軌道 (3～6 か月) は、渦運動エネルギーの上昇に関連する斜面領域まで遡ることができます。[ 9 ]

高気圧の発生源地域は、盆地への異なる経路に沿って2つの発生領域に分けられます。[ 4 ] [ 9 ]

  • 最南端のルートは3200メートル等深線のすぐそばにあり、盆地への直接ルートを辿ります。[ 9 ]
  • 他の経路は曲線を描いて進み、その後外側の経路に沿って低気圧状に移動し、おおよそ3000メートル等深線を描きます。[ 9 ]

最北端から発生する高気圧は移動時間が長いため、季節変動の影響を受けやすく、より長い冷却期間にさらされ、（境界流から直接発生する渦よりも）密度が高くなります。[ 9 ]

境界流が強くなるほど不安定になり、西に向かってより多くの渦が発生します。[ 10 ]季節性で見ると、境界流から渦へのすべての経路は秋から冬にかけて最大の輸送量を示し、[ 4 ] 1月から2月に最大となり、[ 10 ]春から夏に最小となります。[ 4 ]経路のうち、中央（最南端の発生源領域と最北端の発生源領域の間）の経路は輸送量が最大で、季節変動はそれほど顕著ではありません。時間平均では、北緯69.2°付近で約2.5 Svの明確な最大輸送量が見られます 。

マージプロセス

高気圧が東から南西方向に伝播し、ロフォーテン盆地の谷間に達すると、低気圧と弱い高気圧に囲まれた準定常渦を形成します。これらの弱い高気圧性渦は、時折、より強いロフォーテン渦と合体します。[ 10 ]合体過程を捉えることは困難ですが、年間4～7回の合体と推定されています。[ 10 ] [ 9 ] [ 4 ]季節的なピークは晩冬と秋に、そして最低は初冬に発生します。[ 10 ] [ 4 ]

合体現象の際には、軽いコアの高気圧と密度の高いロフォーテン渦が垂直に一列に並び、二重コアが形成される。軽い渦は、様々な深さでロフォーテン渦に遭遇する可能性があるが、より軽い等密度面上で遭遇する。一列に並ぶ過程で、コアは約100メートル以上の垂直方向の圧縮を受ける。ポテンシャル渦度保存則に従い、高気圧回転は急速かつ大幅に増加する。渦度が最大になるのは、しばしば水深600～700メートルで見られ、下層のコアが最も頻繁に圧縮されていることを示している。[ 9 ]

負の渦は部分的にしか合体しないこともあります。この場合、ロフォーテン渦と相互作用する核は、より浅い等密度面上に位置しています。ロフォーテン渦に近づくと、垂直方向の整列が始まりますが、完了しません。核は圧縮され始めますが、それらの間の接続は確立されません。[ 9 ]再び分離した後、渦は強まります。

冬の対流

ロフォーテン海盆中心部の上空で発生する気象現象は、冬季の深層対流[ 13 ]の発達に重要な役割を果たしており、冬季の平均混合深度は 600 メートルに達します[ 14 ] 。塩分濃度の鉛直分布が逆転するため、沈み込む水は下層の水よりも温かくなります。その結果、深層の中層および上層部に局所的で鉛直方向に均一な正の熱塩異常が形成されます。冬と春の熱塩異常の増大に伴い、渦は深化し、ロスビー変形半径約 10 km まで縮小します。一方、ロフォーテン渦は夏季にはロスビー変形半径の 5～7 倍まで拡大します。温暖化により、二重凸状の内部構造が表面から「分離」し、下層対流境界の深さが減少し、渦の水平スケールが増加します[ 13 ]。

濃水形成への影響

ノルウェー大西洋海流（NwAC）は、大西洋南北循環（AMOC）の北支流と考えられています。その2つの支流であるNwASCとNwAFC [ 15 ]は、暖かく塩分を多く含む大西洋水（AW）を北極海へと運びます。

北欧海域における濃厚水の生成の大部分は、モーン海嶺系の東側、ロフォーテン海盆で起きている。[ 16 ]北上する北極海は、徐々に大気に熱を失う。ロフォーテン海盆の渦活動とロフォーテン渦の持続により、温水の滞留時間が長くなり、北極海に到達する前に北極海はさらに冷却される。[ 4 ]熱損失により水温が低下し、淡水から濃厚水への変化が起こる。

参照

参考文献

  1. ^ a b「高度計製品はSsalto/Duacs社によって製造され、Cnes社の支援を受けてAviso+社によって配布された」。
  2. ^ a b Mercator Ocean International (2018). 「データ | Copernicus Marine」 . resources.marine.copernicus.eu . doi : 10.48670/moi-00021 . 2022年4月1日閲覧。
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