2019 Fiscal Year Annual Research Report
海洋表層における波・流れ相互作用：力学の新展開と混合特性の全球評価
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19H01968
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉川 裕 京都大学, 理学研究科, 准教授 (40346854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
馬場 康之 京都大学, 防災研究所, 准教授 (30283675)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 波と流れの相互作用 / 海洋表層混合 / 波解像数値実験 / 乱流・波浪観測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
波解像数値模型を用いて、海洋表層の砕波しない波が単独で引き起こす混合の数値実験を、レイノルズ数は低いが波形勾配の大きい条件で行った。その結果、波の進行方向に軸を持つ二次循環が形成されること、その形成には鉛直シアー流と波の相乗効果が重要であること、などが明らかとなった。この実験結果により、先行研究の室内実験で示されていた、砕波しない波が単独でも混合を引き起こしうることを、定性的ではあるが実証することができた。ラングミュア循環と本実験で得られた循環との違いは、前者は風応力によりシアー流が形成されているのに対して、後者は波の粘性減衰に起因する仮想波応力によりシアー流が形成されていることであり、それ以外は（本実験の範囲内では）両者は本質的に同じであることも判明した。従って、本実験結果の範囲内においては、仮想波応力を適切に評価できれば、既存研究で明らかにされているラングミュア循環と同様に、その影響を評価できることも判明した。
一方、現場観測においては和歌山県白浜沖の海象観測塔周辺の海底に、音響ドップラー流速計を設置し、乱流と波浪の計測を2019年12月に開始した。当初は春季までの観測の予定であったが、風が弱く波の高い条件のデータを数多く集める必要があることが数値実験から明らかとなり、観測期間を延長した。それに向けて、観測塔と観測所間の通信設備を改修し、常時研究室から測器を制御できるようにした。データは一部欠損があるものの、順調に取得されており、条件の良いときには乱流混合の強さを評価することが可能であることも確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
数値実験に関しては、砕波しない波が二次循環の生成を通じて混合を引き起こすことが、力学解析から明らかにできた。砕波しない波が作る二次循環とラングミュア循環との差異はシアー流の生成機構にあることも明確になった。この結果に基づけば、シアー流の生成機構さえそれぞれ評価すれば、非砕波混合とラングミュア混合とを統一的に扱うことが可能である。レイノルズ数の高い状況など、広いパラメターレンジでも同様であることを確認する必要があるが、本申請課題の目標の一つである、海洋表層の波・流れ相互作用の力学の体系的な理解に向けて、見通しの一つが立ったと言える。
現場観測に関しては、計測そのものは順調であり、計画を変更して計測期間を延長したことで、より広いパラメターレンジでの現場データの取得が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
数値実験においては、レイノルズ数の高い状況など、現実の海洋を想定してパラメターレンジを広げて実験を行う必要がある。その際、モデルの格子分解能を上げて実験を行う必要があるため、数値モデルの高効率化を行う。砕波しない波が作る二次循環とラングミュア循環との間に差異が見られれば、波・流れ相互作用を表すレイノルズ応力のトルクを、波による渦度傾斜・伸縮の残差として定量評価し、その差異を評価する。また、拡散係数などを見積もることで、混合強度の評価を行う。
現場観測に関しては、データ取得を継続し、得られたデータを解析することで波浪と乱流強度の推定を行う。高レイノルズ数におけるこれらのデータと、観測塔で取得する風や熱のデータを合わせて、強制力と波成混合の関係を整理する。
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