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2011 Fiscal Year Annual Research Report

地球科学的な熱対流系における流れパターン形成

Research Project

Project/Area Number 20340018
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

山田 道夫  京都大学, 数理解析研究所, 教授 (90166736)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 竹広 真一  京都大学, 数理解析研究科, 准教授 (30274426)
岡本 久  京都大学, 数理解析研究科, 教授 (40143359)
林 祥介  神戸大学, 理学研究科, 教授 (20180979)
Keywords熱対流 / 球殻内対流 / 回転流体 / 安定性
Research Abstract

本研究は、地球惑星科学に関連して現れる典型的な熱対流系、特に、回転する球殻内の熱対流系における対流パターン形成機構の解明を目的とする.この対流系は、それ自身基本的な流体系であるが、地球や惑星の内部におけるマントルや核の流れパターンを想定して理想化された系でもある.ここでは内側境界と外側境界の温度差を大きくするとき最初に分岐する対流パターンについて,臨海安定性曲面を数値的に求め,対流パターンの東西位相速度と球殻回転速度の関係およびその機構の特徴を調べること,また内外球殻と流体の角運動量配分など球殻熱対流の基本性質の研究を行うことが目的である.平成23年度は,解の分岐ダイヤグラムに関して特に,内外球殻が同期回転の場合および3軸回転自由度を持つ場合について,角運動量配分と流れパターンの南北対称性に着目して数値的研究を行った.計算は内外球殻が同期回転する場合の解の数値的分岐解析を拡張すること,および時間発展の数値実験によって実施した.その結果,同期回転の場合と3軸回転自由度をもつ場合,いずれの場合も,臨界Rayleigh数からその数倍のRayleigh数までの間は流れパターンはカオス的ながらも南北対称性を保ち,それよりも大きなRayleigh数において初めて南北非対称パターンが出現することが見出された.球殻のx,y方向角運動量はこの南北非対称パターンの領域において非ゼロの値をとり,角運動量ベクトルはカオス的に変動すること,また内外球殻が3軸回転自由度を持つ場合は,同期回転の場合に比べ,流れの南北非対称パターンの発現が高いRayleigh数において生じることを数値的に見出した.なお外側球殻は,Rayleigh数の増加と共に,初め流体部分よりも速く回転(prograde)しているが,次第に流体部分よりも遅く回転(retrograde)するようになるとの結果を得た.

  • Research Products

    (19 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (15 results)

  • [Journal Article] Stability and bifurcation diagram of Boussinesq thermal convection in a moderately rotating spherical shell2011

    • Author(s)
      Keiichi Kimura, Shin-ichi Takehiro, Michio Yamada
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: vol.23 Pages: 074101

    • DOI

      DOI:10.1063/1.3602917

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Weak-field dynamo emerging in a rotating spherical shell with stress-free top and no-slip bottom boundaries2011

    • Author(s)
      Youhei Sasaki, Shin-ichi Takehiro, Kiyoshi Kuraoto, Yoshi-Yuki Hayashi
    • Journal Title

      Physics of earth and planetary interiors

      Volume: vol.188 Pages: 203-213

    • DOI

      DOI:10.1016/j.pepi.2011.06.019

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Linear stability of steady zonal jet flows induced by a small-scale forcing on a beta plane2011

    • Author(s)
      Kiori Obuse
    • Journal Title

      Physica D

      Volume: 240(招待講演) Pages: 1825-1834

    • DOI

      10.1016/j.physd.2011.08.009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intermittent cumulonimbus activity breaking the three-layer cloud structure of Jupiter

    • Author(s)
      K. Sugiyama, K. Nakajima, M. Odaka, M. Ishiwatari, K. Kuramoto, Y. Morikawa, S. Nishizawa, Y. O. Takahashi, Y.-Y. Hayashi
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: vol.38 Pages: L13201

    • DOI

      DOI:10.1029/2011GL047878

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Beta plane turbulence2012

    • Author(s)
      Michio Yamada
    • Organizer
      Wave turbulence meeting 2012 in Gifu
    • Place of Presentation
      Gifu University, Japan(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-14
  • [Presentation] 波による秩序流形成の定量的評価について2012

    • Author(s)
      山田道夫
    • Organizer
      HMCセミナー
    • Place of Presentation
      金沢大学(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-27
  • [Presentation] Bifurcations of Zonal Flow Patterns and Zonal Mean Flows in 2D Navier-Stokes flow on a Sphere2012

    • Author(s)
      Eiichi Sasaki
    • Organizer
      Dynamics Days 2012 US
    • Place of Presentation
      The Sheraton Inner Harbor Hotel Baltimore (USA)
    • Year and Date
      2012-01-05
  • [Presentation] Rossby波による平均流加速-定量的予測について2011

    • Author(s)
      山田道夫
    • Organizer
      第13回地球流体力学研究集会「地球流体における波動と対流現象の力学」
    • Place of Presentation
      九州大学
    • Year and Date
      2011-12-15
  • [Presentation] Covariant Lyapunov analysis of chaotic Kolmogorov flows and time-correlation function2011

    • Author(s)
      Masanobu Inubushi
    • Organizer
      IUTAM Symposium on 50 Years of Chaos : Applied and Theoretical
    • Place of Presentation
      Kyoto University, Japan
    • Year and Date
      2011-11-30
  • [Presentation] Rossby waves and zonal flow generation2011

    • Author(s)
      Michio Yamada
    • Organizer
      JIFT workshop : Hierarchical Self-Organization of Turbulence and Flows in Plasmas, Oceans and Atmosphere
    • Place of Presentation
      Kyoto University, Japan(招待講演)
    • Year and Date
      2011-10-24
  • [Presentation] Instability and merging of jets in turbulent flows on a beta-plane2011

    • Author(s)
      Kiori Obuse
    • Organizer
      JIFT Workshop : Hierarchical Self-Organization of Turbulence and flows in Plasmas, Oceans and Atmospheres
    • Place of Presentation
      Kyoto University, Japan(招待講演)
    • Year and Date
      2011-10-24
  • [Presentation] 回転球面上の流れの分岐構造2011

    • Author(s)
      佐々木英一
    • Organizer
      日本応用数理学会2011年度年会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2011-09-16
  • [Presentation] β平面における東西ジェットの相互作用と消滅について2011

    • Author(s)
      小布施祈織
    • Organizer
      日本流体力学会2011年度年会
    • Place of Presentation
      首都大学東京
    • Year and Date
      2011-09-08
  • [Presentation] Numerical study of two-dimensional turbulence on a rotating sphere2011

    • Author(s)
      Michio Yamada
    • Organizer
      The 36th Sapporo symposium on partial differential equations
    • Place of Presentation
      Hokkaido University, Japan(招待講演)
    • Year and Date
      2011-08-23
  • [Presentation] Stability and bifurcation diagram of Boussinesq thermal convection in a rotating spherical shell2011

    • Author(s)
      Keiichi Kimura
    • Organizer
      The 4th International Symposium Bifurcations and Instabilities in Fluid Dynamics (BIFD2011)
    • Place of Presentation
      Universitat Politecnica de Catalunya Barcelona (Spain)
    • Year and Date
      2011-07-20
  • [Presentation] 回転球面上の流体運動2011

    • Author(s)
      山田道夫
    • Organizer
      風工学会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-24
  • [Presentation] 回転球殻内におけるBoussinesq熱対流による平均帯状流生成メカニズム2011

    • Author(s)
      木村恵二
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2011年大会
    • Place of Presentation
      千葉幕張メッセ
    • Year and Date
      2011-05-22
  • [Presentation] 熱フラックス固定境界条件下での回転球殻熱対流の線形安定性解析2011

    • Author(s)
      佐々木洋平
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2011年大会
    • Place of Presentation
      千葉幕張メッセ
    • Year and Date
      2011-05-22
  • [Presentation] JEM/SMILES Level2処理用インバージョンアルゴリズムの高度化2011

    • Author(s)
      眞子直広
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2011年大会
    • Place of Presentation
      千葉幕張メッセ
    • Year and Date
      2011-05-22

URL: 

Published: 2013-06-26  

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