流体方程式における自発的流れパターン形成 ―― 解の特異性と大規模流動現象

• 研究課題/領域番号: 24340016
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数学一般(含確率論・統計数学)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山田 道夫 京都大学, 数理解析研究所, 教授 (90166736)
• 研究分担者: 林 祥介 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20180979) ; 竹広 真一 京都大学, 数理解析研究所, 准教授 (30274426) ; 岡本 久 京都大学, 数理解析研究所, 教授 (40143359)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2013年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2012年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 回転流体 / ジェット流 / ロスピー波 / 応用数学 / 流体 / 波動乱流 / ベータ面 / ロスビー波

研究成果の概要

線形波動を伴う流体系としてβ面上および回転球面上の二次元非圧縮流体系を対象として，ジェット流形成過程の詳細について理論的および数値的に調べた．このようなジェット流は木星などの惑星系でも見られるがその生成機構は未だ明確ではない．ここではジェット流への運動量輸送に着目し，波動入射に伴うジェット流形成過程について，弱非線形段階の記述を元に擬運動量の評価による加速量の定量的記述を目指し，ジェット流の線形安定性問題における連続モードの漸近表示を用いてジェット加速量を与える理論的表式を得た．またこの表式を，完全な非線形相互作用を含む数値計算を実行することによって，よい一致を確認した．

研究成果

• [国際共同研究] INPE/ITA/Univ. of Brasilia(Brazil)
• [雑誌論文] Martian dust devil statistics from high-resolution large-eddy simulations (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa, S., Odaka, M., Takahashi, Y. O., Sugiyama, K. Nakajima, K., Ishiwatari, M., Takehiro, S., Yashiro, H., Sato, Y., Tomita, H. and Hayashi, Y.-Y.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 43 号: 9 ページ: 4180-4188
  • DOI: 10.1002/2016gl068896
  • NAID: 120005820904
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Numerical Study of Convection in a Condensing CO2 Atmosphere under Early Mars-Like Conditions (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, T., Odaka, M., Sugiyama, K., Nakajima, K., Ishiwatari, M., Nishizawa, S., Takahashi, Y. O. and Hayashi, Y.
  • 雑誌名: Journal of the Atmospheric Sciences 巻: 73 号: 10 ページ: 4151-4169
  • DOI: 10.1175/jas-d-15-0132.1
  • NAID: 120005981527
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The circulation pattern and day-night heat transport in the atmosphere of a synchronously rotating aquaplanet: Dependence on planetary rotation rate (2015)
  • 著者名/発表者名: Noda, S., Ishiwatari, M., Nakajima, K., Takahashi, Y. O., Takehiro, S., Onishi, M., Hashimoto, G.. L., Kuramoto, K., and Hayashi, Y.-Y.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 282 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2016.09.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regeneration cycle and the covariant Lyapunov vectors in a minimal wall turbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanobu Inubushi, Shin-ichi Takehiro, and Michio Yamada
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 92 号: 2 ページ: 023022-023022
  • DOI: 10.1103/physreve.92.023022
  • NAID: 120005672620
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bifurcation structure of two-dimensional viscous zonal flows on a rotating sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Sasaki, Shin-ichi Takehiro and Michio Yamada
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 774 ページ: 224-244
  • DOI: 10.1017/jfm.2015.262
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reconstruction of chaotic saddles by classification of unstable periodic orbits: Kuramoto-Sivashinsky equation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Saiki, Michio Yamada, Abraham C.-L. Chian, Rodrigo A. Miranda and Erico L. Rempel
  • 雑誌名: Chaos 巻: 25 号: 10 ページ: 103123-103123
  • DOI: 10.1063/1.4933267
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of surface displacement on solid state flow induced by horizontally heterogeneous Joule heating in the inner core of the Earth. (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Takehiro
  • 雑誌名: Physics of The Earth and Planetary Interiors 巻: 241 ページ: 15-20
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2015.02.003
  • NAID: 120005575265
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Penetration of Alfven waves into an upper stably-stratified layer excited by magnetoconvection in rotating spherical shells. (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Takehiro
  • 雑誌名: Physics of The Earth and Planetary Interiors 巻: 241 ページ: 37-43
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2015.02.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Equatorial symmetry of Boussinesq convective solutions in a rotating spherical shell allowing rotation of the inner and outer spheres (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Kimura, S.Takehiro, M.Yamada
  • 雑誌名: Physics of Fluids, 巻: 26 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4893374
  • 査読あり
• [雑誌論文] SMILES L2 データ処理における逆問題の解析手法. (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞子直弘, 鈴木睦, 佐野琢己, 光田千紘, 今井弘二,山田道夫, 竹広真一, 塩谷雅人
  • 雑誌名: 宇宙科学情報解析論文誌, 巻: 3 ページ: 109-118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Full sphere hydrodynamic and dynamo benchmarks (2014)
  • 著者名/発表者名: Marti, P., Schaeffer, N., Hollerbach, R., Cebron, D., Nore, C., Luddens, F., Guermond, J.-L., Aubert, J., Takehiro, S., Sasaki, Y., Hayashi, Y.-Y., Simitev, R., Busse, F., Vantieghem, S., Jackson, A.
  • 雑誌名: Geophysical Journal International 巻: 197 号: 1 ページ: 119-134
  • DOI: 10.1093/gji/ggt518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability and bifurcation diagram of Boussinesq thermal convection in a moderately rotating spherical shell allowing rotation of the inner sphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimura, K., Takehiro, S., Yamada, M.
  • 雑誌名: Phys. Fluids 巻: 25 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4819140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liinear stability of viscous zonal jet flows on a rotating sphere (2013)
  • 著者名/発表者名: E.Sasaki, S.Takehiro, M.Yamada
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82 号: 9 ページ: 094402-094402
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.094402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of latitudinally heterogeneous buoyancy flux conditions at the inner boundary on MHD dynamo in a rotating spherical shell (2013)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, Y., Takehiro, S., Nishizawa, S., Hayashi, Y.-Y.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 223 ページ: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.07.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant interaction of Rossby waves in two-dimensional flow on a beta plane (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamada
  • 雑誌名: Physica D 巻: 245 ページ: 1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weak interaction between zonal jets on a beta plane (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Obuse, S.Takehiro and M.Yamada
  • 雑誌名: Japan Industrial and Applied Mathematics 巻: 30 号: 1 ページ: 111-127
  • DOI: 10.1007/s13160-012-0086-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] A note on the stability of inviscid zonal jet flows on a rotating sphere (2012)
  • 著者名/発表者名: E.Sasaki, S.Takehiro and M.Yamada
  • 雑誌名: J.Fluid Mech 巻: 710 ページ: 154-165
  • DOI: 10.1017/jfm.2012.356
  • 査読あり
• [雑誌論文] Torques on the inner and outer spheres induced by the Boussinesq thermal convection in a rotating spherical shell. (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiji Kimura
  • 雑誌名: Journal Physiical Society of Japan 巻: 81 号: 8 ページ: 84401-84401
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.084401
  • 査読あり
• [雑誌論文] A coordinate-based proof of the scallop theorem (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Ishimoto, M. Yamada
  • 雑誌名: SIAM Journal on Applied Mathematics 巻: 72 号: 5 ページ: 1686-1694
  • DOI: 10.1137/110853297
  • 査読あり
• [学会発表] “An effect of turbulence on zonal jet flows in forced 2D and quasi-geostrophic shallow water models on a beta plane (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiori Obuse, Shin-ichi Takehiro, and Michio Yamada
  • 学会等名: SIAM Computational science and Engineering (SCE) 17
  • 発表場所: Hilton Atlanta (Atlanta, USA)
  • 年月日: 2017-02-27
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of turbulence on zonal jet flows in barotropic model and quasi-geostrophic shallow water model (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiori Obuse, Shin-ichi Takehiro, and Michio Yamada
  • 学会等名: Int.Conf. on Applied Mathematics and Computer Science (ICAMCS) 2017
  • 発表場所: The Church Palace Hotel (Rome, Italy)
  • 年月日: 2017-01-27
  • 国際学会
• [学会発表] An effect of turbulence on a zonal jet flow on a β plane (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiori Obuse, Shin-ichi Takehiro, and Michio Yamada
  • 学会等名: The Computational Techniques and Applications Conference (CTAC)2016
  • 発表場所: Monash University, Melbourne,Australia
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Penetration of mean zonal flows into an outer stable layer excited by MHD thermal convection in rotating spherical shells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehiro, S., Sasaki, Y.
  • 学会等名: The 15th symposium of Study for Earth Deep Interior (SEDI 2016)
  • 発表場所: Nantes, France
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] 2D Navier-Stokes equations on a sphere (2016)
  • 著者名/発表者名: Michio Yamada
  • 学会等名: Naruto workshop on vortex dynamics
  • 発表場所: Hotel Ad Inn Naruto, Japan
  • 年月日: 2016-01-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 球面上の２次元Navier-Stokes流 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田道夫
  • 学会等名: 共共拠点研究会 RIMS1963-IMI2013
  • 発表場所: 九州大学マスフォアインダストリ研究所
  • 年月日: 2015-12-07
  • 招待講演
• [学会発表] 決定論的方程式に従う系における極値の統計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田道夫
  • 学会等名: 統計数理研究所共同研究集会「極値理論の工学への応用」
  • 発表場所: 統計数理研究所
  • 年月日: 2015-11-06
  • 招待講演
• [学会発表] Penetration of steady fluid motions into an outer stable layer excied by MHD thermal convection in a rotating spherical shell (2015)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Takehiro
  • 学会等名: Japan SEDI symposium 2015
  • 発表場所: 東京大学地震研究所
  • 年月日: 2015-09-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stability of one-directional flow on a rotating sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: Michio Yamada
  • 学会等名: ICIAM2014
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2015-08-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ２次元流の渦力学と帯状流 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田道夫
  • 学会等名: 研究会「渦を知る」
  • 発表場所: 京都大学数理解析研究所
  • 年月日: 2015-04-17
  • 招待講演
• [学会発表] Reproduction of 2D unsteady flows on a rotating sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: E.Sasaki, S.Takehiro, M.Yamada
  • 学会等名: France-Japan Workshop 2015
  • 発表場所: LIMSI-CNRS, Paris, France
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] 2D zonal flows on a rotating sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: M.Yamada
  • 学会等名: ICCP9
  • 発表場所: SNU, Singapore
  • 年月日: 2015-01-09
  • 招待講演
• [学会発表] Covariant Lyapunov analysis and its application to Navier-Stokes flows (2015)
  • 著者名/発表者名: M.Inubushi, S.Takehiro and M.Yamada
  • 学会等名: ICCP9
  • 発表場所: SNU, Singapore
  • 年月日: 2015-01-09
  • 招待講演
• [学会発表] Merging and disappearing processes of zonal jets in forced 2D Navier-Stokes turbulence on a rotating sphere. (2015)
  • 著者名/発表者名: K.Obuse, S.Takehiro and M.Yamada
  • 学会等名: ICCP9
  • 発表場所: SNU, Singapore
  • 年月日: 2015-01-09
  • 招待講演
• [学会発表] The regeneration cycle and the covariant Lyapunov vectors in a minimal wall turbulence, (2014)
  • 著者名/発表者名: M.Inubushi, S.Takehiro and M.Yamada
  • 学会等名: Dynamics Days Asia-Pacific 2014
  • 発表場所: IIT, Madras, Chennai, India
  • 年月日: 2014-07-22
• [学会発表] 回転球殼ブシネスク対流におけるカオス解の対称性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村恵二
  • 学会等名: 日本物理学会2013年年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] ミニマルクエット乱流に見られる再生成サイクルの軌道不安定性について (2013)
  • 著者名/発表者名: 犬伏正信
  • 学会等名: 日本物理学会2013年年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] 回転球殼内の熱対流によって引き起こされる差分回転と角運動量輸送 (2013)
  • 著者名/発表者名: 竹広真一
  • 学会等名: 2013年日本天文学会春季大会
  • 発表場所: 埼玉大学
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] Covariant Lyapunov Analysis of a Minimal Wall Turbulence. (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Inubushi
  • 学会等名: International Conference on Fluid Mechanics 2013
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2013-02-27
• [学会発表] Bifurcations and Chaotic solutions of two-dimensia rotating sphere. (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Sasaki
  • 学会等名: International Conference on Fluid Mechanics 2013
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2013-02-27
• [学会発表] Equatorial symmetry of chaotic solutions in Boussinesq convection in a rotating spherical shell. (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura
  • 学会等名: International Conference on Fluid Mechanics 2013
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2013-02-27
• [学会発表] ミニマル壁乱流の軌道不安定性について (2013)
  • 著者名/発表者名: 犬伏正信
  • 学会等名: RIMS共同研究集会「偏微分方程式の背後にある確率過程と解の族が示す統計力学的な現象の解析」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2013-02-15
• [学会発表] 回転球面上の2次元Navier-Stokes方程式における帯状流解の分岐 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木英一
  • 学会等名: RIMS共同研究集会「偏微分方程式の背後にある確率過程と解の族が示す統計力学的な現象の解析」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2013-02-15
• [学会発表] 回転球面上の帯状流の分岐とカオス軌道 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木英一
  • 学会等名: RIMS共同研究集会「多重物理・多重スケールの乱流現象の数理」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2013-01-11
• [学会発表] 回転球殼ブシネスク熱対流問題におけるカオス解の対称性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村恵二
  • 学会等名: RIMS共同研究集会「多重物理・多重スケールの乱流現象の数理」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2013-01-11
• [学会発表] ミニマルクエツト乱流に見られる再生成サイクルの軌道不安定性について (2013)
  • 著者名/発表者名: 犬伏正信
  • 学会等名: RIMS共同研究集会「多重物理・多重スケールの乱流現象の数理」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2013-01-11
• [学会発表] Orbital instability of a minimal wall turbulence (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Yamada
  • 学会等名: Mathematical Theory of Turbulence via Harmonic Analysis and Computational Fluid Dynamics
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] Differential rotation and angular momentum transport caused by thermal convection in rotating spherical shells. (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Takehiro
  • 学会等名: Progress in physics of the sun and stars : a new era in helio- and asteroseismology.
  • 発表場所: Hakone, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] Triaxial rotation of the inner and outer spheres driven by Boussinesq thermal convection in a rotating spherical shell. (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura
  • 学会等名: The 13th Symposium of SEDI(Study of the Earth's Deep Interior).
  • 発表場所: Leads, UK
  • 年月日: 2012-07-01
• [学会発表] 2D zonal flows on a rotating sphere
  • 著者名/発表者名: M.Yamada
  • 学会等名: Fundamental Aspects of Geophysical Turbulence
  • 発表場所: Nagoya University, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 回転球面上の帯状流の分岐解とカオス軌道の平均量
  • 著者名/発表者名: 佐々木英一, 竹広真一, 山田道夫
  • 学会等名: 2013年日本流体力学会年会
  • 発表場所: 東京農工大学
• [学会発表] 回転球殻内の熱対流による角運動量輸送と太陽差分回転について.
  • 著者名/発表者名: 竹広真一，佐々木洋平，林祥介，山田道夫
  • 学会等名: 2013 年日本流体力学会年会
  • 発表場所: 東京農工大学
• [学会発表] Influence of surface displacement on fluid motions induced by horizontally heterogeneous Joule heating in the inner core of the earth.
  • 著者名/発表者名: 竹広真一
  • 学会等名: SEDI Pre-Symposium 2013
  • 発表場所: 湘南国際村センター
  • 招待講演
• [学会発表] 木星型惑星の表面パターンと大気循環モデル.
  • 著者名/発表者名: 竹広真一
  • 学会等名: 系外惑星大気ワークショップ2014/惑星大気研究会
  • 発表場所: 国立天文台三鷹
  • 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] FDEPS2015 (2015)
  • 発表場所: 関西セミナーハウス（京都市左京区）
  • 年月日: 2015-12-01