| 研究概要 |
本研究は,バースト層を伴う強風下吹送流の実態の解明,さらにそのモデル化により,新しいパラダイム-強風下吹送流-を提示しようとしたものである.具体的には実測結果に基づいてバースト層モデルを構築し,これを新たに開発した沿岸流動モデルCCMに組込んで波浪モデルSWANと結合させ,気象場をメソスケール気象モデルMM5で与える強風下吹送流の計算手法を確立した.さらに,風洞水槽実験結果および現地観測結果との比較によって,その適用性を明らかにし,強風下吹送流が新しいパラダイムとなることを提示した.
本研究による主要な成果を以下に列記する.
1)バースト層を含めた強風下吹送流の鉛直構造の解明とモデル化
非対数則層であるバースト層とその下の対数則層それぞれに対して適合する水平平均流速やレイノルズ応力などの鉛直分布モデルを導き,強風下吹送流の波谷面下の乱流場を明らかにした.
2)強風下吹送流を特徴付けるバースト層の実態の解明
強風下吹送流のベキ則層と砕波に起因する強い乱流エネルギーを伴うバースト層が共に有義波高にほぼ相当する厚さを持ち,両者が一致することを明らかにした.
3)バースト層の乱流構造と風波砕波の撹乱作用のモデル化
バースト層の乱流構造を支配する風波砕波の撹乱作用を渦粘性係数によって評価するため,k-ε方程式に砕波による乱流エネルギー生成および散逸項を付加し,これに実測値を与える逆問題として解く」とにより,生成および散逸項に含まれる未知定数を決定してそれらの定式化を行った.
4)風波砕波の駆動・撹乱作用を取り込んだバースト層モデルの開発
砕波応力項,乱流エネルギー生成項および散逸項の最適化を実測データによって行い,砕波による駆動・撹乱作用を取り込んだバースト層モデルを構築した.
5)外洋・内湾連続型の沿岸流動モデルCCMの開発
気象場と流動場の間にバースト層を考えると同時に,表層の鉛直格子間隔を水深に依らず一定となる計算法を新たに開発することによって,水深が1000mを超える外洋から水深が数mの内湾までの強風下吹送流を連続的に精度良く計算できることを示した.
6)バースト層モデルを組込んだCCM, MM5およびSWANと結合させた強風下吹送流モデルの開発と実海域への適用性の検証
バースト層モデルを組み込んだ強風下流動モデルの実海域への適用性を検証するため,そのときの気象場をMM5,波浪場をSWAN,吹送流場をバースト層モデルを組み込んだCCMによってそれぞれ計算しながら結合させ,現地観測データとの比較によって強風下吹送流の鉛直分布が正しく再現できることを実証した.
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