東北波浪モデルの拡張による非定常非一様場の海面境界過程のモデル化の研究

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61540294
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 鳥羽 良明 東北大, 理学部, 教授 (50025277)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯田 記子 京都大学, 大型計算機センター, 講師 (70027598) ; 川村 宏 東北大学, 理学部, 助手 (40169769)
• Keywords: 風波 / 風波の相似則 / 風波のスペクトル / 3 / 2乗則 / 海洋波浪 / 波浪予測 / 東北波浪モデル / 風波の砕波調節

Research Abstract

東北波浪モデルは、研究代表者が発見した風波の相似則(3/2乗則、および、エネルギースペクトルの高周波側の、摩擦速度と周波数の-4乗に比例する形)を基礎とする単一パラメータ表示の風波部分と、うねり部分との組合わせによる波浪モデルである。大気と海洋との相互作用は、風波を含む海面境界過程を通じて進行するから、波浪モデルと組合わせて広域の海面境界過程をモデル化することは、気候変動における海洋の役割の研究における重要なステップである。本年度はまず、研究室において永年蓄積されてきた風波に関わる多くの実験的事実を総合して、東北波浪モデルの基礎となっている3/2乗則を中心とする風波の相似構造の物理的根拠、すなわち海面境界過程における局所平衡の物理的内容について著しい研究の進展を見た。すなわち、(1)風波上の気流と風波下の水中との両乱流境界層の間の運動量輸送および水面の平均的速度の連続性が満たされるように、風波が砕波して自己調節を行い、海面の空気と水との境界におけるいくつかの特性速度が互いに比例することとなっている。これが風波の相似則として表れているのである(発表論文の第1)。また、(2)上記風波の自己相似エネルギースペクトルのレベルを表す係数は、風の変動に対する砕波調節および気流と水中の乱流境界層の応答過程を表して変動するのであること(発表論文の第2)が明らかになった。(発表論文の第3はこれらの和文解説。) 上記の新しい進展は、東北波浪モデルの浅海への拡張の可能性についての有力な理論的根拠を与えるものであって、昭和62年度は、この可能性を検証するための風洞水槽実験も行う予定である。なお、うねりの浅海への伝播について、海底地形上の数値計算スキームを作り、中国東方陸棚海域について予備的研究を行った。

Research Products

• [Publications] Toba,Yoshiaki: Fluid Dynamics Research.
• [Publications] Toba,Yoshiaki: Jour.Physical Oceanography.
• [Publications] 鳥羽良明: 日本流体力学会誌「ながれ」. 6. (1987)