非静力大気海洋結合モデルを用いた台風等の数値的研究

• Project Area: Multi-scale air-sea interaction under the East-Asian monsoon: A "hot spot" in the climate system
• Project/Area Number: 23106506
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 相木 秀則 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球環境変動領域, 主任研究員 (60358752)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥975,000 (Direct Cost: ¥750,000、Indirect Cost: ¥225,000); Fiscal Year 2011: ¥1,625,000 (Direct Cost: ¥1,250,000、Indirect Cost: ¥375,000)
• Keywords: 海洋物理 / 気候変動 / 気象学 / 数値シミュレーション / 地球流体

Outline of Annual Research Achievements

本研究では大気・海洋・波浪モデルの開発を行い、波浪による海面の粗度、波齢（波の位相速度と風速の比）、波向を考慮して、台風のような強風下でも物理的に整合性のとれた大気海洋間フラックスが得られるようにした。
従来の海洋モデルでは、主に10m高風速に依存する形で、海面を通過する運動量フラックス（風応力）をパラメータ化している。熱フラックスも大気海洋間の温度差に基づいた簡単なバルク式がよく使われている。特に、大気から海洋への運動量の伝達経路として、従来の（波浪なし）海洋モデルでは風→表層流のような直接伝達を仮定している。しかし理論的には風→波浪→表層流のように波浪の生成と消散を経由した２段階伝達になることが示唆されている。本研究ではこのような理論を再考察し、波浪が運動量伝達および海洋混合層の乱流エネルギーの収支に与える影響についてまとめた論文 (Aiki Greatbatch, 2012, 2013a,b, Journal of Physical Oceanography) を３本出版した。
さらにこの２段階伝達を大気・海洋・波浪結合モデル内で実現し、例えば、風が吹く領域（運動量はまず波浪に伝達される）と波浪が砕波する領域（運動量が海流に伝達される）が異なるといった状況も再現できるようにした。過去の複数の台風に対する再現実験を行い、海面水温と波浪による海面摩擦が台風強度に与える影響を調べたところ、波浪の影響が海面水温の影響を上回る事例が複数存在する事が分かった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The vertical structure of the surface wave radiation stress for circulation over a sloping bottom as given by thickness-weighted-mean theory (2013)
  • Author(s): H. Aiki and R. J. Greatbatch
  • Journal Title: Journal of Physical Oceanography Volume: 43 Issue: 1 Pages: 149-164
  • DOI: 10.1175/jpo-d-12-0228.1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new expression for the form stress term in the vertically Lagrangian mean framework for the effect of surface waves on the upper ocean circulation (2013)
  • Author(s): H. Aiki and R. J. Greatbatch
  • Journal Title: Journal of Physical Oceanography Volume: 43 Issue: 1 Pages: 149-164
  • DOI: 10.1175/jpo-d-12-059.1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thickness-weighted-mean theory for the effect of surface gravity waves on mean flows in the upper ocean (2012)
  • Author(s): H. Aiki and R. J. Greatbatch
  • Journal Title: Journal of Physical Oceanography Volume: 42 Issue: 5 Pages: 725-747
  • DOI: 10.1175/jpo-d-11-095.1
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Investigation of momentum fluxes from wind to surface waves and ocean circulation using a coupled atmosphere ocean surface-wave model under tropical cyclone conditions (2013)
  • Author(s): H. Aiki, H. Tamura, M. Yoshioka, K. Tsuboki
  • Organizer: 5th OFES International Workshop
  • Place of Presentation: GODAC-JAMSTEC, Okinawa
  • Year and Date: 2013-01-25
• [Presentation] 波浪モデルの導入による海面フラックス式の高度化と台風実験への応用 (2012)
  • Author(s): 相木秀則, 吉岡真由美, 加藤雅也, 坪木和久
  • Organizer: 地球流体における流れのスケール間相互作用の力学
  • Place of Presentation: 東京大学大気海洋研究所, 千葉
  • Year and Date: 2012-12-20
• [Presentation] Momentum fluxes from wind to ocean circulation and surface waves under tropical cyclone conditions based on a coupled atmosphere ocean surface-wave model (2012)
  • Author(s): H. Aiki, M. Yoshioka, K. Tsuboki
  • Organizer: 2nd International Workshop on Nonhydrostatic Numerical Models
  • Place of Presentation: Tohoku University, Sendai
  • Year and Date: 2012-11-28
• [Presentation] Some similarities in the energetics of the ACC, mesoscale eddies, tidal internal waves, and surface gravity waves (2012)
  • Author(s): H. Aiki
  • Organizer: GEOMAR FB1-Seminar
  • Place of Presentation: Kiel, Germany
  • Year and Date: 2012-10-18
• [Presentation] 波浪モデルの導入による海面フラックス式の高度化と台風実験への応用 (2012)
  • Author(s): 相木秀則, 田村仁, 吉岡真由美, 坪木和久
  • Organizer: 2012年度日本海洋学会秋季大会
  • Place of Presentation: 東海大学清水キャンパス、静岡
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Presentation] 海面波による Vortex Force: 鉛直幅で重み付け平均された運動方程式 (2012)
  • Author(s): 相木秀則
  • Organizer: 日本気象学会 2012年度春季大会専門分科会「波と平均流との相互作用」
  • Place of Presentation: つくば国際会議場、茨城
  • Year and Date: 2012-05-29
• [Presentation] From the intermediate geostrophic dynamics to wave-mean-flow interactions in ocean circulations (2012)
  • Author(s): Hidenori Aiki
  • Organizer: International Symposium on Climate Variations - from Basic Research to Rich Applications
  • Place of Presentation: Koshiba Hall, University of Tokyo
  • Year and Date: 2012-04-13
• [Presentation] 海面波によるVortex Force:鉛直幅で重み付け平均された運動方程式 (2012)
  • Author(s): 相木秀則, Richard J.Greatbatch
  • Organizer: 2012年度日本海洋学会春季大会
  • Place of Presentation: 筑波大学(茨城県)
  • Year and Date: 2012-03-29
• [Presentation] 波浪と海洋混合層の力学:層厚重み付け平均による定式化 (2011)
  • Author(s): 相木秀則, Richard J.Greatbatch
  • Organizer: 第13回非静力モデルに関するワークショップ
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学(新潟県)
  • Year and Date: 2011-10-14
• [Presentation] 海面波によるストークス輸送:層厚重み付け平均された運動方程式と粘性項 (2011)
  • Author(s): 相木秀則, Richard J.Greatbatch
  • Organizer: 2011年度日本海洋学会秋季大会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡県)
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] 海面重力波と平均流の相互作用:層厚重み付け平均による定式化 (2011)
  • Author(s): 相木秀則, Richard J.Greatbatch
  • Organizer: 日本流体力学会年会2011
  • Place of Presentation: 東京都立大学(東京都)
  • Year and Date: 2011-09-08