地球磁場変動モデルの実験及び数値シミュレーションによる検証

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15204038
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浜野 洋三 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90011709)
• 研究分担者: 桜庭 中 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (50345261) ; 隅田 育郎 金沢大学, 理学部, 助手 (90334747) ; 武田 靖 北海道大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90108481) ; 柳澤 孝寿 海洋科学技術センター, 固体地球統合フロンティア研究システム, 研究員 (20359186)
• キーワード: 地球磁場変動 / 数値シミュレーション / 室内実験 / ダイナモ作用 / 熱対流運動 / 超音波流速測定法 / コア / 古地磁気

研究概要

本研究は、過去の地球磁場変動の観測・調査にもとづいた磁場変動モデルを、室内実験と数値シミュレーションによって検証することを目的とする。1.磁場変動観測では、伊豆大島、富士山の歴史溶岩、汽水湖である中海の堆積物コアの古地磁気解析を行い、最近数1000年間の日本における偏角、伏角及び磁場強度の連続的な変動を調べた。2 室内実験では、(1)感温液晶を用いて,一様内部発熱による自然対流の温度場を測定・解析し,対流セルの拡大,セル内部の流れ,セル形状の遷移などを調べた.(2)金属ガリウムを実験に用いるため、ガリウムの音速の温度変化を調べた.種々の金属に対するガリウムの濡れ性試験を行い,実験装置に用いる金属の選定を行った.(3)超音波流速分布計測法の改良では、低流速を測定するためのアルゴリズムを考案し,それを基に計測装置を製作した.(4)上部冷却・下部加熱による自然対流をグリセリン水溶液中に発生させ、可視光を用いたトレーサーによる速度場および感温液晶による温度場の面的計測を行うと同時に、超音波流速測定法によって速度場を求めた。両者の比較から、超音波による手法の特性を明らかにするとともに、層流と乱流など流れの状態遷移に関する基礎データを得た。(5)地球の外核の対流場の下側の境界である外核最下部の内核外核境界近傍の部分溶融体の超音波特性を室内実験によって調べる研究を開始した。3.数値シミュレーションでは、コアでの磁場生成するダイナモ作用の数値シミュレーションをできるだけ地球に近い環境で行うため、球関数スペクトル変換法による計算コードを地球シミュレータ上で稼働させ、従来より高い解像度(水平方向球関数展開次数256次、動径方向チェビシェフ展開128次)でのシミュレーションを行った。またより効率的な計算法として、新たにフーリエスペクトル変換法を開発し、地球シミュレーターに移植した。

研究成果

• [文献書誌] Yoshihara, A., Kondo, A., Ohno, M., Hamano, Y.: "Secular variation of the geomagnetic field intensity during the past 2000 years in Japan."Earth Planet.Sci.Letters. 210. 219-231 (2003)
• [文献書誌] Shao, Ji-Cheng, Hamano, Y., Bevis, M., Fuller, M.: "A representation function for a distribution of points on the unit sphere - with applications analyses of the distribution of virtural geomagnetic poles."Earth Planets Space. 55. 395-404 (2003)
• [文献書誌] TASAKA, Y., YONEKURA, K., KUDO, Y., TAKEDA, Y., YANAGISAWA, T.: "Dilatation of convection cell in the natural convection induced by internal heating."Physics of Fluids. (in press). (2004)
• [文献書誌] Sumita, I., P.Olson: "Experiments on highly supercritical thermal convection in a rapidly rotating hemispherical shell."J.Fluid Mechanics. 492. 272-287 (2003)