砕波の気泡混入メカニズムと海水組成が及ぼす影響

気候変動などのグローバルな問題からローカルな水環境評価にまで影響を与える大気―海洋間の熱輸送・ガス交換過程は海面で広くみられる表面張力波や気泡混入などの微小な物理過程の影響を受ける．本年度はこうした海面の微小な物理過程と大気海洋間熱輸送過程の関係を調査するため，風洞水槽における風波発達時の水面について高速サーモグラフィ計測を行った．実験は気温と水温，水槽距離，風速条件を変えた30ケースを実施し，サーモグラフィのフレームレートは250fpsとした．気相と液相が熱的に非平衡状態にある場合，風が吹き始めて表面張力波が発生するまでの間は，発生した吹送流の影響で熱境界層厚さが低下するため，平均表皮水温は急激に気温に近づく．その後，表面張力波が発生すると，波による回転性の流れによって熱境界層以深の水塊が表皮に現れるために，平均表皮水温は熱境界層以深の水温に急激に近づく．さらにその後は，液相側の渦層の厚さの水塊全体が気相側と熱交換するため，平均表皮水温は徐々に気温に近づいていく．本年度はさらに，海面のガス交換過程について調査するために，上記の風洞水槽において溶存酸素を可視化するLaser-induced fluorescence(LIF)計測を実施した．実験には新たに購入した高速度カメラを使用し，風波発達の初期段階における濃度境界層の変動を観察した．また，深層学習と力学モデルを組み合わせた海洋波浪の予測手法を開発し，その結果について論文発表を行った．

気候変動などのグローバルな問題からローカルな水環境評価にまで影響を与える大気―海洋間の熱輸送・ガス交換過程は海面で広くみられる表面張力波や気泡混入などの微小な物理過程の影響を受ける．本年度はこうした海面の微小な物理過程と大気海洋間熱輸送過程の関係を調査するため，風洞水槽における風波発達時の水面について高速サーモグラフィ計測を行った．実験は気温と水温，水槽距離，風速条件を変えた30ケースを実施し，サーモグラフィのフレームレートは250fpsとした．気相と液相が熱的に非平衡状態にある場合，風が吹き始めて表面張力波が発生するまでの間は，発生した吹送流の影響で熱境界層厚さが低下するため，平均表皮水温は急激に気温に近づく．その後，表面張力波が発生すると，波による回転性の流れによって熱境界層以深の水塊が表皮に現れるために，平均表皮水温は熱境界層以深の水温に急激に近づく．さらにその後は，液相側の渦層の厚さの水塊全体が気相側と熱交換するため，平均表皮水温は徐々に気温に近づいていく．本年度はさらに，海面のガス交換過程について調査するために，上記の風洞水槽において溶存酸素を可視化するLaser-induced fluorescence(LIF)計測を実施した．実験には新たに購入した高速度カメラを使用し，風波発達の初期段階における濃度境界層の変動を観察した．また，深層学習と力学モデルを組み合わせた海洋波浪の予測手法を開発し，その結果について論文発表を行った．