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本研究では海洋表層乱流場のシミュレーション装置であるウインドシア-によってのみ風波乱流場を形成することができる風波水槽を制作し、風波気液界面を通しての炭酸ガスの輸送実験を行うことにより、炭酸ガスの物質移動係数のウインドシア-に対する変化を明らかにした。その結果、従来の地球温暖化予測モデルで使用されてきた物質移動係数と風速の比例関係式は全く成立しないこと、および、従来の評価式では移動速度を数倍過小評価する危険性があることが明らかになった。また、激しい風波の崩壊時の物質輸送が気泡の混入によって促進されるという従来の通説には信頼性がなく、風波の崩壊に伴うリップル状の乱流渦が物質移動を促進させることが明らかになった。これらの結果を基にして室内実験の結果から実際の海洋海水面での炭酸ガスの輸送速度の高精度評価モデルを提案した。さらに、海洋表層に頻繁に現れる密度成層が物質輸送に及ぼす効果についても小型水槽を用いた室内実験および直接数値計算(DNS)により明らかにした。その結果、強い安定成層乱流場においては熱と物質の逆勾配拡散現象が発生し、この現象に熱および物質の分子拡散の効果が強く現れ、密度成層が温度差で作られるか塩分のように濃度差で作られるかによって拡散の度合いがかなり異なることが明らかにされた。この結果は大気境界層中で従来使用されていた物質の拡散モデルをそのまま海洋中での物質の拡散予測には使用できないことを示すに至った。さらに、この逆勾配拡散現象をDNSを用いて精度良く予測することに成功した。
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