| 研究課題/領域番号 |
21K03660
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17020:大気水圏科学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
根田 昌典 京都大学, 理学研究科, 特定教授 (10273434)
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| 研究分担者 |
馬場 康之 京都大学, 防災研究所, 准教授 (30283675)
鈴木 直弥 近畿大学, 理工学部, 教授 (40422985)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 海上風 / 波浪 / うねり / 大気海洋境界層 / 対数分布則 / 風速 / 風洞水槽実験 / 海上風鉛直構造 / 風洞水槽 / バルク係数 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
気候変化などの大気海洋の結合系の現象の解析と予測には両者のエネルギー交換量のパラメタリゼーションが不可欠であるが、これらは古典的な理論である海上風の対数分布構造を前提としている。近年、うねりの存在下において対数分布が成立しない場合があることが指摘されているが、観測例不足のためにその実態把握さえできていない。
本研究の中心課題は、海上風の鉛直分布の対数分布則と波浪の関係が従来の知見から乖離する条件を把握し、従来の運動量輸送評価手法への影響を明らかにすることである。現場観測と室内実験を用いて海上風の鉛直構造の変化の実証実験を行い、台風や波浪の激甚化などの気候変化予測の精度向上に資することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究でこれまでに取得した風速観測データと観測塔で取得された気象海洋観測データの品質管理や補正を完了したのちに，観測結果を解析した．分担者（鈴木）が行ったシミュレーションの結果を用いて信頼できる風向範囲を決定し，各高度の海上風観測値と波浪スペクトルの変化から，うねりの有無とともに観測塔が風ベクトル観測値に影響を与えない状況を抽出した．今年度実施した観測によって4高度風速観測は①北西－北－南東風と②南－西－北風の2つの状態のデータを解析した．これらのデータからうねりと風ベクトル鉛直構造の関係について事例解析を行った．田辺湾の地形的な特徴からうねりは常に南西方向から入射するため，風波の方向と海上風の方向が大きく乖離していない場合にはうねりと風波の方向をおおよそ決定することができる．うねりのない状態とうねりのある事例を抽出し，海上風の鉛直構造を対数分布則に従った傾度法を利用して検討したところ，うねりのない状況では異なる高度の風速から推定した海上風プロファイルはほぼ一致するのに対して，うねりがある場合には最下部（6mと4m）の組み合わせによる風速プロファイルは明らかにほかの高度の海上風の組み合わせから得た風速プロファイルと異なっており，下層風の減速を確認した．この結果からうねりの影響によって海面熱フラックスの計算値に影響を与えることが予想される．例えば冬季黒潮続流海域における急速な低気圧の発達における主要な要素の一つである海面蒸発量に不確実性が生じる可能性があり，その検討の一部を日本海洋学会で発表した，
また，風向についても検討したところ，境界層内の下層風と上層風では明瞭な風向の変化があった．うねりの方向に沿った海面からの上向きの運動量輸送があることによって下層風が屈折（方向の変化）している状況を示唆している．これらの結果の一部を代表者が主催した国際ワークショップで発表した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
今年度は和歌山県田辺湾の田辺中島高潮観測塔（京都大学防災研究所）において複数高度(13m, 11m, 6m, 4m)に超音波風速計を設置し，うねりの存在下で風ベクトルの鉛直分布が大気境界層の対数則から乖離するための観測調査を2回実施した．昨年度末（2023年3月）から始まる4高度海上風観測は，計画2年次から設置場所を変更し，風速計を西方向に向けて設置した．分担者（鈴木）が行った数値シミュレーションの結果から，南風～西風～北風の状態では観測塔による風の屈折の影響をほとんど受けないことを確認した．これによって，うねり（南西方向）と海上風が同方向の状態の観測データを取得することが可能になった．この観測は計画2年次の冬季に実施する予定であったものが，度重なる悪天候によって設置時期が遅延したもので，研究2年次と同様に春季の観測データの取得となった．そのために，当初の研究計画よりも実質的に1年遅れる状況となっている．また，非常に強いうねりによって設置したシステムが損傷を受け，予定外の修理が必要となったために観測を中断することとなった．その後，今年度11月に風速計を再設置することに成功し，この観測は継続して運用している．今年度は主に研究2年次に取得したデータを用いて，うねりがあって，且つ観測塔が風ベクトル観測値に影響を与えない状況を抽出し，うねりと大気境界層の風ベクトル鉛直構造の関係について解析を行った．うねりが相対的に強い状況で，特に下層において海面からの上向き運動量輸送の存在を示唆する風速の鉛直構造変化があった事例が検出された．風速のみならず，風向についてもうねりの影響と考えることと矛盾しない変化を検出した．非常に厳しい環境のために研究の振興は当初予定よりも遅れているが，貴重な観測事例を蓄積しつつある．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究で実施した観測塔における海上風ベクトル鉛直構造と波浪の観測は，長期間の観測であるにもかかわらず，風速計が観測塔の風下側にある期間が多かった．そのため，うねりや海上風の強さなどに関して広いレンジでの解析はできておらず，事例解析で得られた作業仮説の一般化や適用範囲の検証はできていない．一方，2023年3月からの観測では，極端事例として弱封じに非常に強いうねりが存在する時に下層の風速の方が上層の風速よりも大きくなっている事例も得られている．この事例の観測時に観測機器が破損したために観測は中断したが，2023年11月に再び観測装置を稼働させることができたので，強い北西風とうねりが共存する事例を解析できることを期待している．今後はまず，今年度実施した冬季の観測結果を含め，データを蓄積することでうねりと海上風鉛直構造の関係について事例解析から得られた作業仮説の有効性を検証する．これらの解析は次年度に引き続き進める予定である．
分担者の急逝によって中断している風洞水槽における検証については，他の観測施設の使用可能性や新たな研究協力者を探すことを検討する．
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