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1.研究目的
稲や麦あるいは河原のアシ・ヨシなどの植物群には、時折特に強風時に、穗波発生がみられる。植生層の直上(上緑付近)には大規模な秩序構造をもつ渦列が形成され、これが、大気層と植生層との間の運動量、物質、熱などの混合に大きく貢献している。穗波にはこの混合作用に強く関わっていると考えられる。
本研究は、3次元数値シミュレーション・モデルを開発し、これを用いてホナミ発生のメカニズムを解明し、植生層内外の乱流構造を明らかにしようとするものである。
2.得られた成果
穗波の発生のメカニズムに関しては、(a)ガスト・アタック説、(b)大気乱流と穗波の橈みとの共鳴説、(c)大気流と植生層の間の剪断流の変曲点不安定説が提案されている。
(1)本研究では、LES乱流モデルにより、穗波茎大変形を考慮した3次元数値シミュレーションの計算法を提出した。
(2)広範な数値実験の結果、大気層と植生層との界面に生じる剪断流により、(渦の大きさや発生の周期は流れの形成とともに変化するもの)規則的な渦列の発生は乱流状態においても確認された。
(3)穗波は、(稲の固有周期と渦の発生周期とがずれていることもあり)発生の初期では渦列との相関は低かった。後半期には、渦列発生の周期は穗波のそれに近づいた。
(4)このことにより、大気の乱れの少ない状態では明確な剪断流不安定説により、乱れの十分に発達した段階では、大気乱流の共鳴説やガスト・アタック説が成立すると結論される。
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