2020 Fiscal Year Annual Research Report
大気-海洋間の運動量・ガス交換機構の統合的モデル化とその地球環境工学的応用
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19H02249
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
杉原 裕司 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (70243970)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山上 路生 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80362458)
高垣 直尚 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00554221)
Eljamal Osama 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (40600052)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 風波 / 運動量交換 / ガス交換 / 砕波 / 地球温暖化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，中型および大型風洞水槽で得られた風速や水位変動の実験データに関する解析を行い，精度の高い摩擦速度や波浪特性量を評価するための解析手法の精緻化について検討した．大型風洞水槽中において，風速20メートル程度の強風下における水面を通しての運動量フラックスを評価し，得られた実験結果に基づいて運動量フラックスの測定精度に関する有用な知見を得ることができた．また，吹送流速，表面流速，ストークスドリフト流速と風波特性量との関係についても詳細な検討を進めた．さらに，実海洋の海面画像データを活用した砕波解析技術として，深層学習を適用して白波砕波領域を抽出する波面画像解析手法を構築し，先行研究の解析手法との比較・検討を通してその有効性を明らかにした．
水表面での乱流場とガス交換の素過程を調べるために，加速開水路乱流場におけるガス交換を対象としたガス濃度境界層厚さに関する検討を行った．同乱流場のPIVによる流速計測と微小DOプローブによる水表面近傍の濃度プロファイル計測の結果に基づいて，乱れ構造や濃度境界層厚さの空間変化特性を評価した．溶存ガス濃度の輸送方程式に基づいて，境界層厚さの流下方向分布に関する検討を行った．これにより局所ガス交換速度に関わる平均流と乱れの寄与を解析することが可能となった．また，乱れ特性とガス交換の関係を検討するために，振動格子乱流場の水表面近傍の乱れ特性について解析を行った．さらに，水表面の乱流素過程の計測技術として，自律制御型ボートロボットによる水表面流速の自動計測手法に関する検討を行った．
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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
大型風洞水槽において，本研究で重要となる風速20メートル程度の強風速条件において運動量フラックスを取得することに成功している．また，実験データを評価する解析手法についても検討が進んでいる．水表面における乱流やガス交換の素過程および波面画像解析手法等の要素技術についても有用な知見を得ることができている．当然ながら，コロナ禍の状況のために検討事項ごとに進捗の前後は見られるが，研究計画全体としてみた場合，本研究の現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると見なすことができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，大型風洞水槽実験を中心として，さらに強風速条件下における運動量輸送実験を行い，激しい砕波状態にある風波界面における運動量輸送量を高い精度で測定する手法について検討を進める．また，中型・大型風洞水槽において表面流速の測定手法について検討を行い，データの整備を進める．幅広い風速レンジにおける水面粗度長や海面抵抗係数の波浪依存性の定量化手法についても検討を行う．さらに，実海洋における波面画像解析手法の高精度化などの要素技術についても検討を行う．
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