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2019 年度 実績報告書

潮汐混合ホットスポットの形成に関わる内部波共鳴現象の解明

公募研究

研究領域海洋混合学の創設:物質循環・気候・生態系の維持と長周期変動の解明
研究課題/領域番号 18H04918
研究機関九州大学

研究代表者

大貫 陽平  九州大学, 応用力学研究所, 助教 (70804201)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード深海 / 内部波 / 回転成層流体 / 直接数値シミュレーション / 海洋物理学
研究実績の概要

前年度までの研究で明らかにした、ビーム型内部重力波の共鳴不安定によって生じる擾乱のエネルギーは、さらに二次的な不安定を経て乱流混合を引き起こすと考えられる。内部波から乱流に至るエネルギーカスケードの過程を詳細に再現するため、リヨン高等師範学校(フランス)との共同研究として新しい数値モデルを開発した。領域変形スペクトルモデルと名付けられたこのモデルでは、大規模な流れによって移流される微小な平行六面体要素を取り出し、その中で励起される乱流の時間発展をシミュレートする。大スケールの波動や渦の時間発展を陽に計算せずに済むためモデル領域が節約でき、微細な乱流成分の解析に計算資源を集中させられるという特徴がある。初期条件としてホワイトノイズの流速場を設定して、内部波の共鳴不安定によって発生した乱流エネルギーが概ね飽和するまで時間積分した。計算の実施には、東京大学情報基盤センターの大型計算機システム(Oakforest-PACS)を利用した。
計算の結果、擾乱の振幅が閾値に達するとシア不安定と対流不安定がほぼ同時に発生して、流れの構造が無秩序な乱流状態へと急速に遷移する様子が再現された。運動エネルギー散逸率と背景位置エネルギー上昇率の比を表す混合係数は、すべての実験において0.5を上回っていた。深海の混合係数の典型値が0.2程度とされていることを踏まえると、これは非常に大きな値である。背景内部波の持つ有効位置エネルギーが乱流成分の有効位置エネルギーへ直接変換されて散逸することが、高効率での混合を引き起こす要因ではないかと考えられる。
一連の成果をまとめた論文は、国際誌(Geophysical Research Letters、Journal of Fluid Mechanics)で発表した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] ENS de Lyon(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      ENS de Lyon
  • [雑誌論文] Simulating turbulent mixing caused by local instability of internal gravity waves2021

    • 著者名/発表者名
      Onuki Yohei、Joubaud Sylvain、Dauxois Thierry
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: 915 ページ: A77

    • DOI

      10.1017/jfm.2021.119

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Instabilities of Finite‐Amplitude Internal Wave Beams2019

    • 著者名/発表者名
      Onuki Y.、Tanaka Y.
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 46 ページ: 7527~7535

    • DOI

      10.1029/2019GL082570

    • 査読あり
  • [学会発表] 流体波動の局所分離解析に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      大貫 陽平
    • 学会等名
      応用力学研究所研究集会 “波・流れ・乱流のセンシング・マイニング・モデリング”
  • [学会発表] Instabilities of finite-amplitude internal wave beams2020

    • 著者名/発表者名
      Yohei Onuki、Yuki Tanaka
    • 学会等名
      Ocean Sciences Meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct numerical simulation of stratified turbulence generated by local instability of internal gravity waves2020

    • 著者名/発表者名
      Yohei Onuki、Sylvain Joubaud、Thierry Dauxois
    • 学会等名
      JpGU - AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 内部重力波の局所不安定が引き起こす成層乱流の直接数値シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      大貫 陽平、Sylvain Joubaud、Thierry Dauxois
    • 学会等名
      第34回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] Instabilities of finite-amplitude internal wave beams2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Onuki、Yuki Tanaka
    • 学会等名
      3rd International Symposium “Ocean Mixing Processes: Impact on Biogeochemistry, Climate and Ecosystem”
    • 国際学会
  • [学会発表] Instabilities of finite-amplitude internal wave beams2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Onuki、Yuki Tanaka
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 内部波が引き起こす乱流混合の直接数値シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      大貫 陽平、Joubaud Sylvain、Dauxois Thierry
    • 学会等名
      第4回 新海洋混合学 OMIX YMR サマースクール
  • [学会発表] 有限振幅内部波ビームの不安定解析2019

    • 著者名/発表者名
      大貫 陽平、田中 祐希
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2019
  • [学会発表] 内部波の局所不安定による乱流励起の直接数値シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      大貫 陽平、Sylvain Joubaud、Thierry Dauxois
    • 学会等名
      日本海洋学会2019年度秋季大会
  • [学会発表] 変形領域モデルを用いた成層乱流の直接数値シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      大貫 陽平、Sylvain Joubaud、Thierry Dauxois
    • 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
  • [学会発表] 変形領域モデルを用いた成層乱流の直接数値シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      大貫 陽平、Sylvain Joubaud、Thierry Dauxois
    • 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

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公開日: 2021-12-27  

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