2018 Fiscal Year Annual Research Report
INVESTIGATING THE MECHANISM OF GAS EXCHANGE AT WIND-WAVE SURFACE AND ITS APPLICATION TO SIMULATION OF OCEAN-SURFACE TRANSPORT PROCESS
| Project/Area Number |
16K06514
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
杉原 裕司 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (70243970)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 水工水理学 / 海洋工学 / 地球環境水理学 / 界面水理学 / 地球温暖化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，風波界面の砕波・乱流過程とそれらがガス交換機構に果たす役割について検討し，ガス交換速度のモデル化および海面物質移動のシミュレーション手法の構築を試みたものである．風応力が乱流過程や界面スカラー輸送機構に及ぼす影響を明らかにするために，水表面にせん断応力が作用する開水路乱流場の直接数値シミュレーションの結果を詳細に分析した．その結果，界面スカラー輸送機構はせん断応力の大きさ・主流に対する向きに大きな影響を受けることを明らかにした．また，様々な風速条件下で行った風洞水槽実験の結果に基づいて風波界面の遷移過程について検討した結果，風波クーリガン数や風波レイノルズ数が風波界面の微小砕波の発生を記述する上で有用なパラメータになりうることを示した．また，PIVを用いた流速計測によって風波界面下の吹送流速分布を測定し，吹送流速と摩擦速度との関係を明らかにした．さらに，吹送流速と風波のストークスドリフト流速に基づく海面境界過程のパラメタリゼーションの可能性について検討した．風波界面における乱流と砕波の寄与を分離評価するハイブリッドタイプのガス交換速度のモデル化手法の改良とその変動特性について整理・検討を進めた．ハイブリッドタイプのモデルは，風速のみで表示された経験式とは，その変動特性が定性的・定量的に異なることを確認した．また，ハイブリッドタイプのガス交換モデルの現地観測データへの適用性について検討した．モデル定数やパラメタリゼーションの妥当性・適用限界についてはさらに検討が必要であるが，波浪特性を組み込んだガス交換機構のモデル化の有効性・発展性について重要な知見を得ることができた．さらに，波浪モデルによる波浪推算結果と海上風速値からGISを用いて評価されたガス交換速度に基づく海面物質移動シミュレーションの解析フローを検討・構築した．
|
