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赤道域の特徴については、エルニーニョに関連して二・二節でも述べる。
表層循環の説明の締めくくりに、その熱輸送についてふれよう。
海洋は大気との間で熱のやり取りをしている。
海面から出入りする熱を、単位面積、単位時間当たりの量で表したものを海面熱フラックスという。
正の値は海洋が熱を吸収することを、負の値は放出することをあらわす。
熱の放出域で海洋は冷やされ、吸収域で温められるのだが、それぞれの海域の年平均水温は永年にわたりほぼ一定である。
つまり、海洋は吸収した熱を、その場所の水温を上昇させるのに使うのではなく、熱の放出域へ輸送している。
北太平洋に着目すると、低緯度で熱を吸収し、中緯度のとくに西部で放出している。
これは、風成循環である亜熱帯循環系が熱を低緯度から中緯度へ輸送して表層循環は、各大洋ごとの、いくつかの閉じた循環セルとして特徴づけられたが、深層の循環は、地球全体をめぐる循環である。
深層循環とは何かを、直感的に理解するために、北太平洋の水温断面図をもう一度見てみよう。
しかし、これだけでは、水温が海面から約千メートルまでは急激に低下し、それより深いところでは変化が小さいという特徴を説明しきれない。
深層循環と一緒に説明しよう。
世界の海洋のごく限られた場所で、表層水が強く冷却されて冷たく重い水（深層水）が形成され、沈み込んで世界中の深層に広がっている。
深層水は、形成域以外では押し出されるように上昇しようする。
この冷水の上昇流と熱の下方への拡散とが桔抗して、水温の急な変化が維持されているのである。
上昇した深層水は温められて表層水となり、やがて深層水の形成域にもどっていって、全体として大きな対流を構成している。
このように、海水の冷却・加熱による密度の変化が原因で生ずる循環を熱塩循環と呼ぶ。
深層水が形成されているのは世界でも北大西洋北部と南極周辺だけであり、北太平洋の深層水もそこから運ばれてきたものである。
深層循環は、地球全体をめぐる熱塩循環、すなわち全球熱塩循環を構成する深層部分の流れなのである。
一方、熱塩循環の表層部分は、風成循環に比べて無視できるほど小さい。
ところで、熱塩循環の「塩」は、海水の密度が降水・蒸発などによる塩分の変化にも左右されるところからきている。
密度の変化に対する水温の効果は、低温になるほど小さくなり、相対的に塩分の効果が重要になる。
このため海水をいくら冷やしても、塩分が低いとある程度以上は重くならない。
北太平洋で深層水が形成されないのは表層の塩分が低いためである。
簡単のために、これまで海洋を二層構造ととらえて話を進めてきたが、海水の密度が、水温と塩分の組み合わせで決まるという性質は、成層構造をもっと複雑なものにしている。
北太平洋の塩分断面図を見ると、低塩分の水が高緯度から中・低緯度の深さ五○○からいることと対応している。
とくに亜熱帯循環系北西部に顕著な熱放出域があるのは、黒潮がこの海域に大量の暖水をもたらすためである。
縦軸は深さ、横軸は緯度。
等値線の数字の単位は実用塩分単位(千分率にほぼ対応する）一五○○メートルの層へ貫入しているのがわかる。
深層水は形成されないが、密度が表層水と深層水の中間の水（中層水と呼ばれる）が形成されていることをあらわしている。
他の大洋でも同様のことがおこっており、海洋の成層構造を維持する全球熱塩循環は、いくつもの異なる密度の水の形成にともなう多段階の対流セルからなっているといえる。
多段階の対流としての全球熱塩循環の詳細は、まだ完全には解明されていないが、ここでは、表層、深層、底層の三層構造でこの対流を説明する最近の仮説を紹介しよう。
北大西洋の北部で表層水が冷やされて重い水が形成される。
北大西洋深層水と呼ばれるこの水は南下して、南極の回りを東向きにめぐる南極周極流に達する。
この流れに運ばれるうちに、北大西洋深層水は表層・底層の水と混合してその性質を変化させ、南極周極水と呼ばれる水になって、その一部はインド洋と太平洋の底層を北上する。
太平洋の西岸域を北上した南極周極水は、中央部から東部へゆっくり広がりながら、徐々に湧き上がり深層の水へと変質していく。
大気との接触を断ってからの経海洋循環・海水変質の詳しい理解のために、国際的な協力の下、全球規模で進められている二つのプロジェクト、世界海洋循環実験（ＷＯＣＥ）とアルゴ（ＡｒｇＯ）計画について紹介しよう。
ＷＯＣＥは世界の海洋をいっせいに観測することにより、海洋循環の実態を把握し、気候変動の予測に役立てることを目指して、アメリカ、フランス、イギリス、ドイツ、日本をはじめとする、先進諸国を中心に三〇ヶ国以上が参加して一九九○年から実施されているプロジェクトである。
多数の船舶によって、水温・塩分その他の海水特性を世界中で観測したほか、海中に設置した流速計や漂流ブイによる流れの直接観測、さらに人工衛星計測に基づく表面流速場や大気を簡略化して描いたものであり、対流も多数存在する。
たとえば、北太平洋では、千メートル以深から栄養に富んだ海水が上昇してくる。
この水は植物プランクトンの発生に重要であり、いま問題となっている二酸化炭素の増加率にも、少なからぬ影響をあたえる。
気候変動予測のための全球海洋観測計画過時間が最も長い、すなわち世界で最も古いこの水は、太平洋深層水と呼ばれる。
太平洋深層水は南下して南極周極流にふたたび取り込まれる。
一方、南極周極流で運ばれるうちに、深層水が湧き上がって表層水となり、太平洋からインド洋へと運ばれる。
この表層水はインド洋で南極周極水が湧き上がってできた表層水と合流し、アフリカの南を回って大西洋へ流入する。
この表層水が大西洋を北上し、北大西洋深層水の形成域に達することにより、全球をめぐる大きな対流が閉じる。
大きな対流である全球熱塩循環は、海洋の熱輸送の主役である。
このことは、海面熱フラックスの分布にもよくあらわれている。
北太平洋では中緯度にしか見られなかった大きな熱放出域が、北大西洋ではその北端部にまで及んでいる。
この熱放出域は北大西洋深層水の形成の場に対応しており、全球をめぐる対流によって輸送された熱が、ここで放出されていることをあらわしている。
この熱輸送は高緯度にある西ヨーロッパを温暖に保っているばかりでなく、地球全体の地表面温度分布の維持に貢献している。
このような対流は、物質循環の観点からも重要である。
多段階の対流セルのうち、全球をつなぐ部分だ。
観測点の分布(○）とＷＯＣＥ以前に得られていた比較的精度のよい観測点の分布（+）しばらくは無理であるといわれている。
広く一般に公開されているこのデータは、世界の海洋の姿を知るための貴重な基礎資料であり、海洋学のみならず、人類共有の財産ともいえるだろう。
ＷＯＣＥが、気候変動の時間スケールでいえば、ある瞬間の海洋を、できるだけ正確にとらえることを目的としていたのに対して、アルゴ計画は、海洋を長期間にわたって継続的にモニターしよう、という国際プロジェクトである。
アルゴフロートと呼ばれる、全長約二メートルの自動観測装置がその主役である。
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