大気渦の境界層の構造と輸送機構に関する実験的研究

• 研究課題/領域番号: 61540303
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 気象・海洋・陸水学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 文字 信貴 京大, 防災研究所, 助教授 (20111982)
• 研究分担者: 林 泰一 京都大学, 防災研究所, 助手 (10111981) ; 光田 寧 京都大学, 防災研究所, 教授 (90027219)
• 研究期間 (年度): 1986
• 研究課題ステータス: 完了 (1986年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1986年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 渦 / 台風 / 竜巻 / 境界層 / 運動量輸送 / 室内実験

研究概要

台風や竜巻の渦の最大風速域は比較的低い高度に現われる。10km以上にも達する台風の風速の最大値は、1〜2kmに、そして高さが数kmに達する竜巻の渦でもその最大値は数10mの高さに現われる、渦がこのような構造を持つ事は渦の境界層内における運動量の輸送機構にその原因がある事が予想される。しかし、自然界の渦の詳細な実測は困難であるため、室内実験の手法が重要な研究手段である。本研究では、既に以前の科学研究費補助金で購入し、基礎的な性質の研究開発の進んでいる渦実験装置を用いて渦の境界層の構造とその中における運動量輸送機構の実験的研究を行った。
実験は、まず、渦の形状を知るために、スリット光源と煙を用いて流れを可視化し、各層の断面の写真を撮ることによって渦内の流れの概要を知り、対象とする渦を決定した。次に、熱線風速計を用いて渦の鉛直断面内の平均風向および風速分布を求めた。次に、2成分の熱線風速計を乱流が測定できるように設置し、鉛直断面内の風速変動成分の測定を行って、風速計からの信号はPCMデータレコーダーを用いて磁気テープに収録した。その記録に基づいて、乱れの風速成分間の相関の計算を行い、運動量の鉛直面内の乱流輸送量の分布すなわち、鉛直面内で流線に直角な方向の運動量輸送量を求めた。その結果、平行流であれば、全層で境界面方向に運動量が輸送されるのに対し、渦の中の流れでは風速の匂配とあまり良い対応がつかないことが明らかとなった。その事は、渦の中のなんらかの組織だっだ流れが運動量の輸送を支配している可能性を示唆するものであるといえる。さらに、輸送は地表面の極く近くの薄い層内でのみ起っているという結果が得られたが、地表面の粗度を増せばその層も厚くなり、同時に風速の最大値が現われる高さも大きくなる事が判った。