2022 Fiscal Year Annual Research Report
Ocean turbulent mixing due to non-breaking surface waves; Dynamic similarity and climate impact around Japan
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22H00178
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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, 教授 (40346854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
広瀬 直毅 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70335983)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 海洋の水面波 / 渦対形成 / 海水混合 / 大気海洋システム / 日本周辺気候 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海面の波（水面波）は海面付近で乱れを発生させ海水をかき混ぜる。この波によるかき混ぜ(波成混合)が、海面水温の変化を通じて、海洋と大気からなる地球気候システムに大きな影響を与えると指摘されている。しかし、従来の研究では波成混合の観測や数値実験の精度に限界があるため、波成混合が気候に及ぼす影響を正しく評価できていない。本研究課題では、この問題を解決するため、波成混合を精確に（近似せずに）再現する数値実験（波成混合実験）、その検証および補完のための室内実験、さらに波成混合が日本周辺気候へ及ぼす影響を評価するための数値実験（気候影響評価実験）を行う。
波成混合実験に関しては、新たに購入したベクトル・並列型ハイパフォーマンスコンピュータのセッティングを初めに行い、高解像度の実験を高効率で行える環境を整備した。次に数値実験を行い、水面波が渦対を形成することで引き起こす混合の力学と強度を定量的に評価した。また、これらの影響は波形勾配に依存することに加えて、波成混合が流れを鉛直に一様化することや弱いながらも水面波自身の減衰を引き起こすこと、などを明らかにした。また、次年度以降により大規模な数値実験を行うため、数値モデルコードの並列化にも取り組んだ。
室内実験に関しては、造波水槽にグリーンレーザーとマイクロバブルを組み合わせた可視化装置と自作した水温計アレイとを取り付けて実験を行った。その結果、水面波が形成する渦対の可視化に成功し、また渦対に伴う水温の鉛直混合や混合強度が波形勾配に依存することを確認した。これらの結果は波成混合実験と整合するものであり、数値実験を補完する結果を得ることに成功した。
気候影響評価実験に関する取り組みとしては、海洋大循環モデルに組み込む波浪モデルの選定を行い、海底地形と波浪の相互作用に優れるSWANモデルをRIAM Ocean Modelに組み込む作業に着手した。
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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
波成混合実験に関しては、ベクトル・並列型ハイパフォーマンスコンピュータが納入された直後に設置する部屋のエアコンが運悪く故障したため、同コンピュータをしばらく稼働できず、セッティングに予想以上の時間を要する結果となった。関連して、その後に行う予定であった計算コードの並列化作業も当初予定より遅れた。一方、その間に既存のベクトル型コンピュータで波成混合実験を進め、水面波により形成された渦対がもたらす影響やその波形勾配に対する依存性について、多くの結果を得ることができた。
室内実験に関しては、新たに導入した水温計アレイが予想以上の威力を発揮し、水面波による混合の様子を詳細に明らかにすることに成功した。さらに、有効な計測期間（反射波が到達する前までの期間）についても新たな知見を得て、同様の先行研究の再評価の必要性や、次年度以降に実施する実験設定の見通しを得ることができた。
気候影響評価実験に関しては、波浪モデルの選定作業を当初予定通りに行った。
以上のように各課題の進展に多少の凸凹はあるものの、全体としては概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通りに進める。具体的には以下の通りである。
波成混合実験に関しては、並列化作業を完成させ、より大規模な数値実験を実施できるようにする。これにより波長と波高を様々に変化させた実験を行う。また、これらの実験の結果をもとに、波が引き起こす乱流に関する海面下で成り立つ相似則についての検討を開始する。
室内実験に関しては、前年度に引き続き実験を行い、水面波が引き起こす乱流混合の強度と深度の波高と波長による変化を実測により評価し、数値実験を補完するデータを得る。
気候影響評価実験においては、海洋大循環モデルRIAMOMに波浪モデルを組み込む作業を進める。性能の評価やチューニングを行い、最適な計算パラメターを評価する。波解像数値実験から得られるであろう波成混合のパラメタリゼーションを大循環モデルに組み込む準備も始める。
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