2020 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical study of internal waves, turbulent mixing, and behavior of particulate matter around artificial mound reef
| Project/Area Number |
17K18431
|
|---|
| Research Institution | Fisheries Research and Education Agency |
|---|
Principal Investigator |
古市 尚基 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水研機構(神栖), 主任研究員 (70588243)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | マウンド礁 / 内部波 / 乱流 / 粒子 / LES |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
「人工マウンド礁（人工海底山脈とも呼ばれる、以下マウンド礁）」は、海底にブロック等を山脈状に積上げ造成された構造物である。マウンド礁と海洋内の背景流れ場との相互作用によって内部波（密度成層場を伝播する波動現象）が励起されると考えられており、この内部波の伝播・砕波から生じる乱流混合によって栄養塩類が底層から有光層へ供給され、一次生産量増加や有機物粒子（デトリタスなど）集積、ひいては水産資源の増大が期待される。マウンド礁設置によるこれらの効果を水産業の健全な発展や気候変動適応の視点から適切に評価していく上で、その背景物理機構としての内部波、乱流混合、粒子状物質の沈降・集積過程を解明することは必要不可欠な課題である。しかしながら、それらの内部波・乱流・粒子輸送過程は、その時空間規模が小さい故に、海洋広域数値モデル研究のみに基づく取り組みでは実態解明が甚だ困難である。
そこで本研究は、「人工マウンド礁近傍の水圏環境形成」に寄与する背景物理機構解明のため、マウンド礁の周囲の内部波、乱流混合および粒子動態に関する「高解像度LES数値実験」を実施した。このようにして「海洋内の人工構造物・小規模海底地形近傍の局所的な流体・物質輸送」という海洋物理学・水産工学両分野が係る学際的課題にミクロな観点から取り組んだ。
平成29-30年度、LES計算を実施するとともに、計算の妥当性検証のために水理模型実験を行った。計算の有効性を実験との比較を通じて確認した後に、LES計算から得られた時々刻々の流速場情報等を用いて、様々な沈降速度を仮定した粒子の追跡数値実験を行なった。平成31年度、得られた知見の広域海洋モデルへの反映・組み込みを念頭に、高解像度（1m）LES計算結果と「低解像度」（10m程度）数値モデル実験結果とを比較し、令和2年度に取りまとめとして、広域的な海洋流動の数値計算における乱流効果の表現方法を検討した。
|
