[論文レビュー] Seasonal Evolution of Mixed Layers in the Red Sea and the Relative Contribution of Atmospheric Buoyancy and Momentum Forcing

George Krokos, I. Cerovečki+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2021

Oceanographic and Atmospheric Processes被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、2001–2015年の期間にわたり、1 km解像度の海洋モデルを5 km解像度の地域的大気再解析によって駆動させ、紅海における混合層（MLs）の季節的・空間的変化を分析した。大気の浮力力（特に表面熱フラックス）がML深度の変動を支配しており、特に1月から2月にかけて北部アカバ湾および西部北紅海で最も深い混合が見られた。一方、風力は地形的チャネル領域（バブ＝アル＝マンデブ海峡やトカラジェット付近など）において顕著な局所的影響を示した。

ABSTRACT

The seasonal and spatial evolution of mixed layers (MLs) in the Red Sea (RS) is analyzed for the 2001-2015 period using the results of a high resolution (~1km horizontal, 50 vertical layers) ocean circulation model forced by a novel regional high resolution (5 km) atmospheric reanalysis dataset. The simulation reproduces the main features of the near-surface stratification, as described by the available observations. The seasonal evolution of the modeled mixed layer depths (MLDs) in the RS is predominantly driven by atmospheric buoyancy forcing, especially its heat flux component. Everywhere in the basin the model MLs are deepest in January and February. The deepest MLDs develop in the northern parts of the Gulf of Aqaba and in the western parts of the north RS. The MLDs gradually shoal towards the south, reflecting the meridional gradient of wintertime surface buoyancy loss. In spring and summer, the surface ocean heat gain increases the stratification and the MLs are becoming shallow everywhere in the basin. During this season wind may have a significant local impact on the MLD. Particularly important are strong winds channeled by topography, such as in the vicinity of the Strait of Bab-Al-Mandeb and the straits connecting the two gulfs in the north, and lateral jets blowing through mountain gaps, such as the Tokar jet in the central RS. The MLD distribution further suggests influence by the general and mesoscale circulation. The complex patterns of air-sea buoyancy flux, wind forcing, and the thermohaline and mesoscale circulation, are all strongly imprinted on the MLD distribution.

研究の動機と目的

• 2001–2015年の期間にわたり、紅海における混合層深度（MLD）の季節的・空間的変動を理解すること。
• 大気の浮力力（熱フラックス）と運動量力（風圧力）がMLDの変化に及ぼす相対的寄与度を定量化すること。
• メソスケールおよび熱塩環流がMLDパターンに果たす役割を評価すること。
• モデルが観測された表層層密度構造の特徴をどれだけ正確に再現できるかを評価すること。
• 浮力力が支配的であるにもかかわらず、風力が顕著な局所的影響を及ぼす領域を特定すること。

提案手法

• 水平解像度1 km、垂直方向に50層を有する高解像度海洋循環モデルを採用した。
• 水平解像度5 kmの新規地域的大気再解析データセットを用いて海洋モデルを駆動した。
• 大気の主要な駆動要因として、浮力フラックス（感熱および潜熱フラックス）と風圧力を用いた。
• 2001–2015年の期間をシミュレーションし、MLDの季節的および年際変動を捉えた。
• 利用可能な表層層密度構造に関する観測データと照合して、モデル出力を検証した。
• MLDの空間的・時間的パターンを分析し、浮力力と風力による寄与を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2001年から2015年の間、紅海における混合層深度（MLD）の季節的・空間的変化はどのように進行するか？
• RQ2 表面熱フラックスを含む大気の浮力力が、風圧力と比較してMLD変動にどれほど支配的であるか？
• RQ3 浮力力が支配的であるにもかかわらず、風力が顕著な局所的影響を及ぼす領域はどこか？
• RQ4 海峡や山脈の谷間などの地形的特徴が、紅海における風力駆動混合にどのように影響を及ぼすか？
• RQ5 メソスケールおよび熱塩環流パターンが、観測されたMLD分布にどれほど顕著なインプリントを残すか？

主な発見

• 紅海における混合層深度（MLD）は1月および2月に最も深く、最大深度は北部アカバ湾および北紅海の西部に見られた。
• 冬期の表層浮力損失の南北勾配が、南紅海に向かって徐々にMLDが浅くなる原因を説明している。
• 春および夏には表面熱収支の増加により層密度が強化され、全流域にわたりMLDが浅くなる。
• 地形的チャネル領域（バブ＝アル＝マンデブ海峡および北部湾を結ぶ海峡など）では、風力がMLDに顕著な局所的影響を及ぼしている。
• 横断的風ジェット（中央紅海のトカラジェットなど）は、局所的なMLDの深まりや変調に寄与している。
• モデルは観測された表層層密度構造のパターンを正確に再現しており、MLDダイナミクスの分析に有効であることが裏付けられた。