2023 Fiscal Year Annual Research Report
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22K20385
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
藤原 泰 神戸大学, 海事科学研究科, 助教 (60963569)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 波浪 / 大気海洋相互作用 / 数値シミュレーション / 風・波相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度にアルゴリズムの検証まで行っていた気液結合波解像数値モデルについて、計算効率を向上するためにコンパイラ言語での構築を行なった。丹念な検証とバグ取りの結果モデルは無事完成した。
続いて、多彩にわたる気液間エネルギー・運動量輸送の問題の中でも非砕波乱流生成の機構解明の問題にターゲットを絞って数値計算を行なった。造波水槽で風がなくても波が活発に水をかき混ぜたという実験事実に端を発し、一部の地球システムモデルにおいてもこの考えに基づいた乱流混合パラメタリゼーションが用いられていて、現象理解の不足が批判されているという問題である。
気液結合モデルで波を生じさせたところ、確かに水側に乱流が発生した。エネルギー収支解析の結果、水側の内部領域に加えて気側のストークス境界層でエネルギーの粘性散逸が生じて波がその形を保てなくなり、一方で残された水平運動量は気液界面境界層で渦ありシア流に姿を変え、これが波運動と相互作用することでラングミュア循環に似た乱流を生じさせていると明らかになった。このメカニズム自体は近年の液側波解像数値計算から提唱されていたものだが、本研究はこれを気液結合系で計算することによって、気側境界層での強いエネルギー散逸の重要性を新たに指摘した。
本研究全体を通して得られた最大の成果は、波を介した大気海洋相互作用の研究基盤となる気液結合波解像数値モデルの開発である。その精度は高く、さまざまな問題の解析的な振る舞いをリーズナブルな計算コストで再現することを確認した。加えて、当初予定していた気液結合数値計算だけでなく、水面形状を既知とした気側単独の数値計算も実現した。今後はこの数値モデルを活用して大気海洋相互作用の研究を展開してゆく。
成果は多くの国内・国際会議で発表したほか、数値モデルのアルゴリズムと非砕波乱流生成の数値計算をフルペーパーにまとめ、流体力学系の国際誌に投稿中である。
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