自転効果の緯度依存性と加熱の日周変動に注目した潮流海底境界層の乱流特性の研究

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05554
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 秋友 和典 京都大学, 理学研究科, 教授 (10222530)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 潮流 / 海底境界層 / 自転ベクトル / DNSモデル / 加熱

Outline of Annual Research Achievements

海面加熱下における潮流海底境界層の特性を、地球自転ベクトルの水平成分と加熱の日周変化に注目して３次元DNSモデル実験を行い、検討した。実験では海面加熱の影響が強く現れる沿岸浅海域を想定し、自転ベクトルの水平成分がある場合（以後、ケースFC）とない場合（ケースNFC）について、12時間周期の往復流（基本潮流）を外力として与えた。
基本潮流の流向（位相）に依存してケースFCに現れる乱流特性（強度）の非対称性は加熱下でより強化された。すなわち、基本潮流が西向きの場合、境界層乱流はケースNFCと同様に生じるのに対して（強度は若干強い）、東向きの場合には乱流の発生が転流直前まで遅れるとともに、その強度は強まりより高くまで達するという特徴を初めて捉えた。これらのメカニズムと現実海洋での意義は次年度以降に詳細な検討を予定している。なお、このような非対称性の強化は低緯度ほど顕著であり、緯度４５度では実験の期間内には生じなかった(３５潮汐周期)。
海面加熱に日周変化がある場合の潮流海底境界層は、加熱強度が一定の場合に比較して海底付近に限定される傾向が強い。海面付近には加熱の日周変化によって強い成層(昼間)と鉛直一様な対流混合層（夜間）が交替して現れるようになり、対流混合層以深への熱輸送が効率的に行われるようになったためと考えられる。ただし、加熱開始から十分に時間が経過すると（２週間程度）、この日周変化の効果は薄れる。また、夜間の対流混合層や潮流海底境界層の厚さが水深に比べて小さい場合にもこの効果は現れにくくなる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

境界層特性の日周加熱に対する依存性に加え、加熱に伴う乱流特性の非対称性強化という成果を得ており、おおむね順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

加熱が加わることで乱流の非対称性が強化されるという興味深い結果について、引き続き検討を加え、そのメカニズムを明らかにするとともにパラメータを変えた実験を多数行うことでその定量化を目指す。また、研究成果の取りまとめと公表を行う。

Causes of Carryover

(理由)計算機使用料の一部を別経費で賄えたこと、計算機性能の向上にともなう計算機使用料の低下が繰り越されたことが主な理由である。
(使用計画)
平成２９年度に新たに見出した乱流特性の非対称性に注目した実験ケースを当初計画より増やすことを予定しており、そのための計算機使用料に充てる。