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2021 年度 実績報告書

海洋表層における波・流れ相互作用:力学の新展開と混合特性の全球評価

研究課題

研究課題/領域番号 19H01968
研究機関京都大学

研究代表者

吉川 裕  京都大学, 理学研究科, 教授 (40346854)

研究分担者 馬場 康之  京都大学, 防災研究所, 准教授 (30283675)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード波と流れの相互作用 / 海洋表層混合 / 波解像数値実験 / 乱流・波浪観測
研究実績の概要

砕波しない波が単独で引き起こす混合に関する数値実験を、波解像数値模型を用いて行い、成層の有無の影響と波長や振幅に対するパラメター依存性を調べた。成層の有無は、波と流れの相互作用による2次循環の生成と混合に本質的な影響を与えないことを、エンストロフィーの収支解析により確認した。また、成層により混合した層の深化速度は抑えられるが、水面近くの渦拡散係数値は同程度であることも確認した。波長と振幅を変えた実験からは、波長が大きく、振幅と波長の比(波形勾配)が大きいほど深くまで混合が達し、渦拡散係数も大きくなることが分かった。
また、和歌山県白浜沖に設置した音響ドップラー流速計で得た乱流データと、海洋観測塔で得た気象・波浪データおよび水温データとを合わせて解析を行った。風は弱いが波は高い事例を抽出し、その時刻における乱流運動エネルギー散逸率を評価したところ、風では説明できない大きさの乱流運動エネルギー散逸率が見出され、波が単独で引き起こす混合が現実海洋でも生じている可能性を示唆する結果を得た。ただし、そのような事例は僅かであり、海洋全体の混合に対する寄与は限定的である可能性が高い。
さらに、九州大学応用力学研究所の深海水槽を用いて、波が単独で引き起こす混合に関する室内実験を行った。水中に発生させたマイクロバブルにレーザーをあてて水の動きを可視化したところ、波の発生とともに生じる2次循環を捉えることに成功した。この2次循環の幅は時間と共に増大するが、その変化は数値実験や理論と整合的であることも確認した。水温の時間変化は波の発生後間もない頃には数値実験と同様の変化を示したが、長時間経過すると数値実験の結果以上に水温が低下する。この結果は先行研究の室内実験にも見られるが、波による混合とは無関係であることが強く示唆せれた。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 水面波による混合の波のパラメータ依存性についての数値実験2022

    • 著者名/発表者名
      今村 春香, 吉川 裕
    • 学会等名
      海洋波および大気海洋相互作用に関するワークショップ
  • [学会発表] 水面波による混合の強度とメカニズムに関する数値実験2022

    • 著者名/発表者名
      今村 春香, 吉川 裕
    • 学会等名
      地球流体におけるさまざまな流れとその基本過程の力学
  • [学会発表] Direct numerical simulation of vertical mixing due to the nonbreaking surface wave: Eddy diffusivity estimation and enstrophy analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Haruka Imamura, Yutaka Yoshikawa, Yasushi Fujiwara
    • 学会等名
      Ocean Sciences Meeting 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 砕波しない波による乱れの生成機構のエンストロフィー解析に基づく解明2021

    • 著者名/発表者名
      今村春香, 吉川裕
    • 学会等名
      海洋乱流の観測およびモデリングに関する研究集会
  • [学会発表] 砕波しない波による乱れについての波解像数値実験と水槽実験2021

    • 著者名/発表者名
      今村春香, 吉川裕
    • 学会等名
      「微細規模から惑星規模にかけての海洋力学過程と規模間相互作用の研究」研究集会

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公開日: 2022-12-28  

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