Developing spectral numerical models for ocean turbulence using a distorting coordinate system

使用扭曲坐标系开发海洋湍流的光谱数值模型

• 批准号: 20K14556
• 负责人: 大貫 陽平
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-12-19 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14556/
• 关键词: 回転成層流体; 深海乱流; 直接数値シミュレーション; 内部重力波; 不安定; 楕円不安定; 慣性重力波; 乱流; 数値シミュレーション; スペクトル解析; 海洋物理学; 数値流体力学; 非平衡統計力学

回転成層流体において、楕円型の流線構造をもつ順圧渦流の一部を切り出し、その内部にパラメトリック励起される重力波の数値シミュレーションを実施した。このシミュレーションでは、背景流によって受動的に流されながら変形を繰り返す平行六面体の計算領域を設定することで、順圧渦の空間構造を解像することなく、シア生成による擾乱成分へのエネルギー供給を再現できるという特徴がある。空間微分はスペクトル法で離散化し、粘性・拡散項には最大波数成分のエネルギー密度に依存したサブグリッドスケールモデルを用いることで、概ね乱流の慣性領域をカバーした高解像度計算を行った。高気圧性渦を想定してロスビー数が1.2、扁平率0.5の設定で実験を行ったところ、パラメトリック共鳴によって増幅された重力波が、やがて密度逆転を生じて砕波し、成層乱流を生成する様子が見られた。鉛直波数空間内におけるスペクトルを解析すると、エネルギー密度は全波数領域において運動エネルギーが有効位置エネルギーを上回るのに対し、エネルギーフラックスは低波数領域で運動エネルギーよりも有効位置エネルギーの方が卓越していた。このことは、砕波が密度逆転によって起きているという理解と整合する。一方、高波数側のフラックスは運動エネルギーが有効位置エネルギーを上回っており、エネルギーカスケードの過程で有効位置エネルギーから運動エネルギーへの変換が起きているものと解釈できる。代表者の海外特別研究員採用に伴い、令和3年6月で研究を一時中断するが、渡航先のフランスにおいても、この度開発した数値モデルを利用した研究課題を引き続き推進する予定である。

The flow line structure of stratified fluid in circulation is characterized by the number of gravity waves generated by the pressure vortex and the internal excitation. The background flow is generated by the spatial structure of the parallelepiped and the disturbance component is generated by the spatial structure of the parallelepiped. Spatial differentiation method for discretization, viscosity, dispersion, maximum wavenumber component, generation density, and inertial domain High pressure vortices are set to 1.2, flatness 0.5, and amplitude increases due to gravity waves, density inversions, and stratified turbulence. In the vertical wavenumber space, there is no analysis, no generation density, no generation in the full wavenumber domain, no generation in the low wavenumber domain, no generation in the high wavenumber domain, no generation in the low wavenumber domain, no generation in the high wavenumber domain. This is the first time I've ever seen a woman. On the one hand, the high frequency side of the wave has the position of the wave, the upward movement of the wave, and the upward movement of the wave. The representative overseas special researcher adopts the research plan of the company, orders and 3 June, and the research plan is suspended temporarily. The research plan is to promote the research project according to the requirements of the company.

项目成果

Direct numerical simulation of stratified turbulence generated by local instability of internal gravity waves

内部重力波局部不稳定产生的层状湍流的直接数值模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: Yohei Onuki;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois,
• 通讯作者: Thierry Dauxois,

Simulating turbulent mixing caused by local instability of internal gravity waves

模拟内部重力波局部不稳定引起的湍流混合

• DOI: 10.1017/jfm.2021.119
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Fluid Mechanics
• 影响因子: 3.7
• 作者: Onuki Yohei;Joubaud Sylvain;Dauxois Thierry
• 通讯作者: Dauxois Thierry

負温度を持つ二次元乱流からの不可逆的エネルギー抽出

负温度二维湍流不可逆能量提取

• 发表时间: 2020
• 作者: Yohei Onuki;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois,;大貫 陽平;大貫 陽平
• 通讯作者: 大貫 陽平

変形領域における二次元乱流の統計力学

变形区域二维湍流统计力学

• 发表时间: 2020
• 作者: Yohei Onuki;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois,;大貫 陽平
• 通讯作者: 大貫 陽平

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

内部重力波局部不稳定引起的层状湍流的直接数值模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: 大貫 陽平;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois
• 通讯作者: Thierry Dauxois