[論文レビュー] Persistent Lagrangian transport patterns in the northwestern Gulf of Mexico

Matt K. Gough, F. J. Beron‐Vera+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2017

Oceanographic and Atmospheric Processes参考文献 21被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、メキシコ湾北西部における日次気候学的表層海流（海洋モデルで得られた準済乱スケール解像度を持つ地域海洋モデルから得られる）を用いて、持続的ラグランジュ的 coherent 構造（LCSs）を同定した。その結果、大陸棚端縁に安定したフック型の吸引的 LCS が存在し、大陸棚起源のトレーサーを閉じ込めながら低気圧的（サイクロニカル）に拡散させ、深海への流れを有するトレーサーを反時計回りに誘導する。局所的な吸引率の低下により、横断的輸送が可能となり、これが油流出の拡散予測にとって極めて重要である。

ABSTRACT

Persistent Lagrangian transport patterns at the ocean surface are revealed from Lagrangian Coherent Structures (LCSs) computed from daily climatological surface current velocities in the northwestern Gulf of Mexico (NWGoM). The velocities are produced by a submesoscale permitting regional ocean model of the Gulf of Mexico. The significance of the climatological LCSs (cLCSs) is supported with ensemble-mean drifter density evolutions from simulated and historical satellite-tracked drifter trajectories. A persistent attracting barrier between the NWGoM shelf and the deep ocean is effectively identified by a hook-like pattern associated with groups of overall strongly attracting cLCSs that extend along the shelf break. Localized reductions in the attraction rate along these overall strongly attracting cLCSs proximal to cross-shore oriented cLCSs identify a pathway for potential transport across the shelf break. Groups of overall weakly-attracting cLCSs are not seen to strongly constrain material transport. Tracers originating over the shelf tend to be trapped there by the hook-like pattern as they spread cyclonically. Tracers originating beyond the shelf tend to be initially attracted to the hook-like pattern as they spread anti-cyclonically and eventually over the deep ocean. The findings have important implications for the mitigation of contaminant accidents such as oil spills.

研究の動機と目的

• 日次気候学的表層流速場を用いて、メキシコ湾北西部における持続的ラグランジュ的輸送障壁を同定すること。
• ラグランジュ的コherent 構造（LCSs）が大陸棚端縁における物質輸送をどのように組織化しているかを評価すること。
• シミュレート済みおよび歴史的衛星追跡トレーサーからのアンサンブル平均ドリフトャー密度を用いて、これらの LCS の有意性を検証すること。
• これらの構造が大陸棚上と深海に由来するトレーサーの運命にどのように影響を与えるかを特定すること。
• より良い輸送予測を通じて、油流出などの環境的災害の緩和に役立つ実用的知見を提供すること。

提案手法

• メキシコ湾の準済乱スケール解像度を持つ地域海洋モデルが生成した日次気候学的表層流速場から、ラグランジュ的コherent 構造（LCSs）を計算する。
• LCS の空間的・時間的持続性を分析し、長期的な輸送障壁および経路を同定する。
• シミュレート済みおよび歴史的衛星追跡トレーサーからのアンサンブル平均ドリフトャー密度を用いて、計算された LCS の有意性を検証する。
• 大陸棚端縁に強く吸引するフック型のパターンを示す LCS が、主な輸送障壁として顕著であると特定する。
• これらの構造に沿った吸引率の局所的低下を分析し、横断的輸送経路を特定する。
• 大陸棚上および大陸棚外から放出されたトレーサーの進化を追跡し、低気圧的および反時計回りの拡散パターンを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メキシコ湾北西部の海洋表面には、どのような持続的ラグランジュ的輸送構造が存在するか？
• RQ2 これらの構造は、海水塊やトレーサーの輸送および捕捉にどのように影響を与えるか？
• RQ3 同定された LCS は、横断的交換に、障壁としての役割を果たすか、あるいは通路としての役割を果たすか、その程度はいかほどか？
• RQ4 シミュレートされたドリフトャー密度パターンは、歴史的観測と比較して、LCS の妥当性をどの程度裏付けているか？
• RQ5 これらの輸送パターンは、油流出の低減策や汚染物質の拡散にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 大陸棚端縁に、強く吸引する持続的でフック型のラグランジュ的コherent 構造（cLCSs）が形成され、これが主要な輸送障壁として機能する。
• 大陸棚上に放出されたトレーサーは、このフック型構造によって閉じ込められ、低気圧的（サイクロニカル）に拡散する。
• 大陸棚外に放出されたトレーサーは、初期にはフック型構造に引き寄せられ、その後深海で反時計回りに拡散する。
• 主な cLCS に沿った吸引率の局所的低下は、横断的輸送の可能性を示唆する。
• 弱く吸引する cLCS のグループは、物質輸送を顕著に制限しないことから、大規模循環におけるその役割は限定的であると示された。
• 気候学的 LCS（cLCSs）は、シミュレート済みおよび歴史的衛星追跡トレーサーからのアンサンブル平均ドリフトャー密度によって検証され、その強固さと関連性が確認された。