2023 Fiscal Year Annual Research Report
自走する渦対の力学と輸送混合：古典的渦対から乱流的渦対への発展と河川水への応用
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21K03655
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中村 知裕 北海道大学, 低温科学研究所, 講師 (60400008)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 海洋物理 / 渦 / 渦対 / 物質輸送 / 河川水 / 潮流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、沿岸から外洋へ河川水・物質を効果的に輸送する「渦対」について、その力学と輸送・混合効果の解明を目的とする。沿岸は陸や人と外洋のインターフェースであり、多くの陸・人為起源物質が沿岸を介して外洋へ広がる。渦対とは、互いに逆向きに回転する渦がペアとなったもので、渦に伴う誘導速度で互いに相手を同じ方向に動かし「自走」する。渦対は、この「自走」により水を遠方まで輸送できる。海洋では、狭い海峡を速い潮流が流れると、海峡下流にジェットができ、その両側に渦対がしばしば形成されることが知られている。
本研究では、（１）鳴門海峡の渦対についての論文投稿と出版、（２）厚岸湾での渦対・渦潮の観測、（３）河川水流出を想定した数値実験、（４）河川・沿岸から外洋への水の輸送のデータ解析を行った。
（１）鳴門海峡は潮流が速く渦潮・渦対が形成される。この渦対の発達・進行に海底地形・沿岸形状・密度成層が与える影響とそのメカニズムについて調べ、論文にまとめて査読付学術誌にて出版した。
（２）厚岸湾では、引き潮時に河川水・湖水が厚岸湾に流れ出し、物質を輸送するとともに、厚岸湖の水を入れ替える。現場観測と衛星画像から、引き潮に伴う流出時にジェットと渦対そして鳴門の「渦潮」と似た小さい渦の列が形成されることを明らかにした。さらに、この渦対等に伴う河川水・物質輸送に注目し現場観測を行った。
（３）衛星画像から河川水流出でも渦対が形成されることを示唆した。この河川水流出による渦対形成の条件を明らかにするため、理想化したモデルを作成して数値実験を行い、これまでの分類以外の力学レジームを見つけた。現在論文投稿に向けて追加実験を計画している。
（４）渦対等により運ばれた河川水は、さらに海流など様々な過程で外洋へ輸送される。こうした河川・沿岸から外洋への海水や物質の輸送について、観測データ・大循環モデル出力のデータ解析を行った。
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