Turbulence parameterization and suspended particulate matter dynamics in the ocean boundary layers

• Project/Area Number: 26740009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Environmental dynamic analysis
• Research Institution: Fisheries Research and Education Agency (2016); National Institute for Environmental Studies (2014-2015)
• Principal Investigator: Furuichi Naoki 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産工学研究所, 研究員 (70588243)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 乱流 / 海洋混合層 / 粒子状物質 / Large Eddy Simulation / パラメタリゼーション / LES / 海洋乱流

Outline of Final Research Achievements

Using a large eddy simulation (LES) model, we carried out numerical experiments for the upper-ocean boundary layer processes under several atmospheric forcing scenarios as well as the tidal bottom boundary layer (BBL) processes; the obtained results were used to assess the widely-used Mellor-Yamada (MY) turbulence scheme. We modified its formulations following recent studies in the atmospheric boundary layer to improve the performance in reproducing the response under each forcing. We next used the LES results to examine the suspended particulate matter dynamics. The result suggested that the vertical diffusivity coefficient of particles is of the same order as the vertical eddy viscosity or diffusivity coefficients derived from the velocity or temperature fields of seawater. We finally incorporated the modified turbulence scheme in a hydrodynamic simulation model to assess its performance. The improved scheme performed better than MY in reproducing the BBL development.

Research Products

• [Journal Article] 海洋内における懸濁粒子等の動態モデル構築に向けて (2017)
  • Author(s): 古市 尚基, 東 博紀, 杉松 宏一
  • Journal Title: はまべ交信 Volume: 25 Pages: 84-87
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Periodic behaviors of deep-ocean flow and turbulent mixing in hydrothermal field on the Okinawa Trough, Japan (2016)
  • Author(s): Furushima, Yasuo, Naoki Furuichi, Hironori Higashi, Hiroshi Koshikawa, and Hiroyuki Yamamoto
  • Journal Title: Proceeding of Oceans 16 MTS/ITEE Monterey Volume: － Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/oceans.2016.7761170
• [Journal Article] 深海における懸濁粒子の動態モデル構築に向けて - 潮流海底境界層のLES実験 - (2016)
  • Author(s): 古市 尚基, 東 博紀, 古島 靖夫
  • Journal Title: 海洋と生物 Volume: 38 Pages: 145-150
• [Journal Article] Ocean dynamic processes causing spatially heterogeneous distribution of sedimentary caesium-137 massively released from the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (2015)
  • Author(s): Higashi, Hironori, Yu Morino, Naoki Furuichi, and Toshimasa Ohara
  • Journal Title: Biogeosciences Volume: 12 Issue: 23 Pages: 7107-7128
  • DOI: 10.5194/bg-12-7107-2015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Numerical Study of Suspended Particulate Matter Dynamics in the Coastal Ocean Bottom Boundary Layer Using LES (2014)
  • Author(s): 古市尚基、東博紀
  • Journal Title: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B2 (Coastal Engineering) Volume: 70 Issue: 2 Pages: I_1096-I_1100
  • DOI: 10.2208/kaigan.70.I_1096
  • NAID: 130004706762
  • ISSN: 1883-8944, 1884-2399
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 海底熱水噴出域近傍における微細流動（乱流）計測の試み (2017)
  • Author(s): 古島靖夫，福原達雄，東博紀，古市尚基，伊藤博和，山本啓之
  • Organizer: 第26回海洋工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 夏季の東シナ海における乱流強度の現場観測とスケーリング (2017)
  • Author(s): 古市尚基, 東博紀, 越川海, 長谷川徹, 西内耕, 山田東也
  • Organizer: 海洋乱流の観測およびモデリングに関する研究集会 (九州大学応用力学研究所共同利用研究集会)
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] Periodic behaviors of deep-ocean flow and turbulent mixing in hydrothermal field on the Okinawa Trough, Japan (2016)
  • Author(s): Furushima, Yasuo, Naoki Furuichi, Hironori Higashi, Hiroshi Koshikawa, and Hiroyuki Yamamoto
  • Organizer: Oceans 16 MTS/ITEE Monterey
  • Place of Presentation: Monterey, CA, USA
  • Year and Date: 2016-09-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大気窒素沈着の経年変化が初夏の東シナ海の陸棚域の一次生産に及ぼす影響 (2016)
  • Author(s): 東博紀，森野悠，越川海，永島達也，王勤学，古市尚基，秋山千亜紀, 長谷川徹, 西内耕, 清本容子, 山田東也
  • Organizer: 2016年日本海洋学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-03-17
• [Presentation] 夏季の東シナ海における懸濁粒子観測 (2016)
  • Author(s): 古市尚基，東博紀，越川海，山田東也
  • Organizer: 2016年日本海洋学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-03-15
• [Presentation] A large-eddy simulation study of the tidal bottom boundary layer and the behavior of suspended particulate matter on the Okinawa Trough, Japan, (2016)
  • Author(s): Furuichi, Naoki, Hironori Higashi, Hiroshi Koshikawa, and Yasuo Furushima
  • Organizer: 2016 Ocean Sciences Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans (U. S. A.)
  • Year and Date: 2016-02-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LESモデルを用いた沖縄トラフ上の海底混合層過程に関する数値的研究 (2016)
  • Author(s): 古市尚基
  • Organizer: 海洋乱流の観測およびモデリング研究集会 (九州大学応用力学研究所共同利用研究集会)
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-01-07
• [Presentation] 夏季の東シナ海における乱流強度の現場観測とスケーリング (2016)
  • Author(s): 古市尚基, 東博紀, 越川海, 長谷川徹, 西内耕, 山田東也
  • Organizer: 2016年日本海洋学会秋季大会
  • Place of Presentation: 鹿児島
• [Presentation] 投下式乱流微細構造プロファイラー (VMP-X)を用いた海底近傍における乱流計測の試み (2016)
  • Author(s): 古島靖夫，古市尚基，東博紀，福原達雄，伊藤博和，御手洗哲，山本啓之
  • Organizer: 海洋理工学会平成28年度春季大会 シンポジウム海洋開発に伴う環境計測の展望
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 海底土セシウム137の不均質空間分布の形成プロセス (2015)
  • Author(s): 東博紀, 森野悠, 古市尚基, 大原利眞
  • Organizer: 2015年度日本海洋学会秋季大会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 2015-09-27
• [Presentation] 夏季の東シナ海における乱流強度の現場観測およびスケーリング (2015)
  • Author(s): 古市 尚基
  • Organizer: 東シナ海陸棚域の物質循環に関わる物理・化学・生物過程 (名古屋大学地球水循環研究センター共同研究集会)
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-06-13
• [Presentation] LESモデルを用いた沖縄トラフ近傍の海底混合層過程に関する数値実験 (2015)
  • Author(s): 古市尚基、東博紀、越川海、古島靖夫
  • Organizer: 日本海洋学会2015年度春季大会
  • Place of Presentation: 東京海洋大学、東京
  • Year and Date: 2015-03-22
• [Presentation] LES実験を応用した海底混合層内の粒子状物質の動態に関する基礎的考察 (2014)
  • Author(s): 古市尚基、東博紀
  • Organizer: 第61回海岸工学講演会
  • Place of Presentation: ウィンクあいち、愛知
  • Year and Date: 2014-11-12
• [Presentation] Observations of turbulence in the summer East China Sea (2014)
  • Author(s): Furuichi, N., H. Higashi, H. Koshikawa, T. Hasegawa, K. Nishiuchi, and H. Yamada
  • Organizer: PICES 2014 Annual meeting
  • Place of Presentation: Expo Hall, Yeosu, Korea
  • Year and Date: 2014-10-24
• [Presentation] LES実験を応用した海底混合層内の粒子状物質の鉛直拡散過程に関する研究 (2014)
  • Author(s): 古市尚基, 東博紀
  • Organizer: 日本海洋学会2014年度秋季大会
  • Place of Presentation: 長崎大学、長崎
  • Year and Date: 2014-09-14
• [Presentation] 海洋混合層における乱流パラメタリゼーションと粒子状物質の動態 (2014)
  • Author(s): 古市尚基
  • Organizer: 名古屋大学地球水循環研究センター平成26年度共同研究集会「東シナ海陸棚域の物質循環に関わる物理・化学・生物過程」
  • Place of Presentation: 名古屋大学、愛知
  • Year and Date: 2014-06-02