2004 Fiscal Year Annual Research Report
マントル下降流に伴う滞留スラブの形成・崩落過程の数値モデリング
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16075207
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
吉岡 祥一 九州大学, 大学院・理学研究院, 助教授 (20222391)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田端 正久 九州大学, 大学院・数理学研究院, 教授 (30093272)
中久喜 伴益 広島大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10263667)
岩瀬 康行 防衛大学校, 応用科学群, 助手
鈴木 厚 九州大学, 大学院・数理学研究院, 助手 (60284155)
亀山 真典 海洋研究開発機構, 地球シュミレータセンター, 研究員 (70344299)
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| Keywords | 滞留スラブ / 数値シュミレーション / 北西太平洋地域 / 地球シュミレータ / マントル対流 |
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| Research Abstract |
本研究では、研究を効率的に進めるため、3つの研究グループに細分化し、今年度、来年度は基本的には、各研究グループで独立にプログラム開発を行うこととしている。ここでは、各研究グループの研究実績について述べる。
1.部分3次元対流基礎プログラムの開発(A.箱型モデル)(亀山・岩瀬)
マントル対流の流れ場を高速に計算する頑健な数値解法を新しく開発した。この解放は、多重格子法に疑似圧縮性法と局所時間刻み法を組み合わせた反復解法であり、高粘性かつ非圧縮の流体の定常流れ場を逐次的に求めていく。この計算手法を用いて、3次元矩形領域内でのマントル対流シュミレーションプログラムを構築した。テスト計算の結果、粘性率の空間変化がある場合でも精度のよい解が得られていること、及び粘性率の空間変化が最大で10の10乗にも及ぶ問題も捉えることが確認できた。
2.部分3次元対流基礎プログラムの開発(B.球殻モデル)(鈴木・田端)
現有の安定化有限要素法によるマントル対流計算コードはデカルト座標系を用いて球殻領域で支配方程式を記述し、流速、圧力、温度を原始変数として扱い、線形化アレニウス則による粘性率の温度依存性に対応している。この計算コードを660km付近での相転移モデルに対応するようプログラムを拡張した。地表面とコア・マントル境界付近に流体粒子を配置し、流れ場に沿って流すことで対流パターンを可視化し、クラペイロン曲線の勾配の大きさと対流パターンの関係を三次元球殻領域で確認した。
3.2次元高度スラブ沈み込みモデルの構築(中久喜・吉岡)
有限堆積法を用いて、プレートの沈み込みをマントル対流内で整合的に再現できるモデルを実現した。プレート境界を扱うために過去の応力履歴に依存するレオロジーの層(履歴効果層)を沈み込むプレート表面に設置した。また、基礎方程式に、運動方程式のみを非圧縮性流体とする拡張ブジネスク近似を導入した。深さ410km、660kmでの相転移を取り入れ、スラブとマントル遷移層との相互作用を扱えるようにした。また、不均一メッシュを導入することにより、分解能の向上や計算時間の短縮を実現した。
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