2018 Fiscal Year Research-status Report
海域－大気－沿岸農地連続系におけるスケールギャップを考慮した潮風害予測手法の構築
| Project/Area Number |
18K05883
|
|---|
| Research Institution | Saga University |
|---|
Principal Investigator |
弓削 こずえ 佐賀大学, 農学部, 准教授 (70341287)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿南 光政 佐賀大学, 農学部, 准教授 (80782359)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 海塩粒子 / 塩害 / CFD / 移流拡散 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は強風時の沿岸における構造物を考慮した砕波および微細飛沫再現モデルを構築することを目指して数値解析を中心に研究を行った．砕波および微細飛沫というスケールギャップを考慮してそれぞれの挙動を解明するため，まず，砕波について波動場における支配方程式を用いてシミュレーションモデルを構築した．このモデルを用いて沿岸部における護岸などの人工構造物の影響を考慮に入れて砕波の発生メカニズムを明らかにし，水塊の挙動を評価した．本モデルの妥当性については，学内の風洞装置内に水槽を設置して実験を行うことで確認した．
また，鹿児島県および沖縄県の島嶼部において，台風などの強風後における作物の被害状況を調査した．この結果，潮風害が発生する風況（風向および風速）の閾値や，潮風による農作物の被害が発生する範囲を風況に応じて明らかにすることができた．この結果を参考に，海上に巻き上げられた海塩粒子が陸域に輸送されるプロセスを表現するためのシミュレーションモデルの構築に着手した．Navier-Stokes方程式を離散化することで，海上から陸域の気流の解析を行った．これに移流拡散方程式を組み合わせて，気層中の海塩粒子および水蒸気の輸送現象を解明した．このシミュレーションモデルにおいて，作物群落における風速の減衰を考慮するために，モデルに組み込むための作物条件（作物高さや葉面積密度）や吸送距離については，現地調査を行って得たデータを用いた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
砕波および微細飛沫というスケールギャップを考慮してそれぞれの挙動を解明することを目指して研究を行った結果，砕波については波動場における支配方程式を用いて基礎的なシミュレーションモデルを構築した．沿岸部については護岸などの人工構造物の影響を考慮に入れて本モデルを拡張し，砕波の発生メカニズムを解明するとともに水塊の挙動を評価することができた．本モデルの妥当性については実験によって確認することができたが，さらなる精度向上の余地があるため，今後も実験を継続してデータを蓄積する必要があると考えられる．
また，海上に巻き上げられた海塩粒子が陸域に輸送される現象を解明することを目指し，Navier-Stokes方程式ならびに移流拡散方程式を用いてシミュレーションモデルを構築することができた．本モデルに入力するための条件については現地調査を行って基礎的なデータを収集することができた．今後は，本モデルの妥当性を実験によって検証することが課題である．
以上の成果の一部は論文にまとめて公表するとともに学会で発表を行っており，本研究は概ね順調に進展していると判断することができる．
なお，本研究の現地調査は，雨を伴わない強風直後に行う必要があるため，天候の影響が極めて大きい．今年度は，当初予定していたよりも現地調査の頻度が少なくなったが，今後は近隣の沿岸農地を対象にすることを視野に入れ，データの一層の蓄積を目指す必要があると考えられる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
海域において，砕波の挙動については，基本的なシミュレーションモデルを完成することができたため，今後は砕波から発生する微細飛沫の挙動を解明することを目指す．具体的には，粒子法を導入して砕波から微細飛沫に至る発生プロセスと発生後の挙動について解明し，微細飛沫中の塩分濃度と水蒸気圧を評価するシミュレーションモデルを構築する．このモデルの妥当性を検証するため，学内の風洞装置内に沿岸部を模した水槽を設置し，強風条件下における微細飛沫の発生プロセスを確認するとともに，微細飛沫中の塩分濃度および水蒸気圧を測定する予定である．
砕波から発生した微細飛沫によって，海上には海塩粒子が浮遊する水蒸気圧の高い層が形成され，これが風によって陸域に輸送される．この気層の発生プロセスを，エアロゾルおよび水蒸気によって雲が発生する過程と同様であると仮定し，雲微物理モデルをスケールダウンして導入する．このモデルを用いて，気層中の塩分濃度および水蒸気圧を定量的に評価することを目指す．また，前年度に構築した海上の気層から陸域に至る海塩粒子の輸送モデルの妥当性を検証するため，実際の現場を模した風洞実験を行う予定である．
さらには，以上のモデルの現場適用性を確認するため，モデルのスケールアップも開始するとともに，現地調査の準備にも着手したい．
|
