白波砕波による大気―海洋間のガス交換促進機構の解明

Research Project

Project/Area Number	13750497
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	水工水理学
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	杉原裕司九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (70243970)
Project Period (FY)	2001 – 2002
Project Status	Completed (Fiscal Year 2002)
Budget Amount *help	¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000) Fiscal Year 2002: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2001: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Keywords	ガス交換 / 白波 / 風波 / 砕波 / 乱流 / 表面更新 / 再曝気
Research Abstract	比較的高風速条件の風波砕波界面における二酸化炭素交換係数を評価するための風洞水槽実験を行った.気流側の二酸化炭素濃度は非分散赤外線ガス分析(NDIR)を用いて測定し,水側の二酸化炭素濃度は疎水性多孔質膜を用いた気液平衡器とNDIRを組み合わせた計測器により測定した.風洞内に設定された検査体積を出入りする二酸化炭素の収支から界面での二酸化炭素フラックスを算定し,水側の二酸化炭素交換係数を評価した.本研究における正確な見積もりから,風波砕波界面での二酸化炭素交換係数が従来の値より3倍程度大きくなることが示された.これは,従来の研究では全炭酸値を用いて交換係数を評価しているため,その値を過小評価していることに起因すると思われる.さらに本年度は,福岡県津屋崎沖観測ステーションにおいて,海面の白波被覆率を定量化するための現地観測を行った.白波被覆率は,海域の単位面積当たりに存在する白波領域の面積と定義し,ビデオ撮影で得られたデジタル海面画像において特定のしきい値を超える輝度画素の占有率から算定された.このような画像処理を1sec程度のサンプリング間隔で行い,白波被覆率の時系列データを取得した.その結果,風速変動とともに白波被覆率が変動し,両者の間に高い相関があることが確認された.また,平均風速が6m/sより小さくなると白波被覆率が急激に減少することが明らかになった.観測結果から,白波被覆率は風速に依存する海面状況を精度良く定量化できることがわかった.従って,白波被覆率は砕波を伴う風波界面のガス交換係数を評価する上で有効な特性量であると考えられる.