強弱乱流の遷移領域での実空間および波数空間の局所非等方エネルギー輸送機構の解明

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本年度は、Charney-Hasegawa-Mima(CHM)方程式に従う準地衡流乱流において、我々の提案する波数空間における局所フラックスベクトルの同定方法を、エネルギー、エンストロフィ、ゾノストロフィの正定値2次の(準)保存量に対して適用し、大規模構造の生成維持機構とエネルギー輸送の関係を定量的に調べた。この系は、帯状流と呼ばれる系の特徴的な方向に一様な流れと低波数(大スケール)領域の非等方性の強い波動、高波数(小スケール)領域の統計的に等方な渦によって構成される2次元非等方異種共存乱流である。エネルギーやゾノストロフィの局所フラックスベクトルは、高波数から低波数へ等方的に逆カスケードした後、波数の絶対値がラインズ波数の大きさ程度まで小さくなると向きを変え、帯状流へのエネルギー輸送を示した。また、ラインズ波数よりも小波数領域にある、ロスビー波の周期より短い特性時間を持つ渦も同様に、ラインズ波数と同程度の絶対値の波数に沿って帯状流へと至るエネルギー輸送を示した。critical balance(臨界平衡)は、波動と渦の時間スケールが一致する波数に沿ったエネルギーフラックスを予想し、この波数は準地衡流乱流では2次元波数空間内のダンベル形状となる。一方、局所フラックスベクトルは、ラインズ波数と同程度の絶対値を持つ波数、すなわち、円周状のフラックスを示した。このことは、波動乱流と渦乱流の間のエネルギー輸送を予想した臨界平衡を定性的には支持するものだが、定量的には、臨界平衡と局所フラックスベクトルとでは異なる波数領域での強いエネルギー輸送を示す結果となった。これらの結果を2件の国際会議を含む国内外の会議で発表し、学術論文として投稿する準備を進めている。