水表面に作用する風応力によって起こる気-水運動と気体輸送現象の可視化計測法の開発

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水域の環境を考える上で、酸素や二酸化炭素等の溶存気体量を精度よく評価、予測することが必要である。海洋や湖などにおいて水表面を通した気体輸送は、主に風応力が水表面に作用し、表面が乱されることにより促進される。これまでの研究では専ら上空の風速とバルクな溶存気体量から、気体輸送係数を求めており、直接風速と気体輸送係数を関係付けている。しかし、現地計測の気体輸送係数の結果は、風速に対して大きくばらつく。気体輸送量をより正確に評価、予測するには、水表面での気体輸送機構を理解する必要がある。本研究では、以下の技術について開発を行った。(1)水表面を通した二酸化炭素の溶入過程の直接可視化法の開発蛍光強度のpH依存性を利用して、二酸化炭素の溶入過程の直接可視化法を開発した。水溶性の蛍光染料(ウラニン)がpH6以上では蛍光強度が変化せず、pH6以下では、pHの減少とともに蛍光強度が急激に減少減少する。この特性を利用して、アルゴンイオンレーサーを励起光として、LIF(Laser Induced Fluorescence)法により、風波発生時の二酸化炭素溶入過程の可視化に成功した。(2)微小水滴をトレーサーとした気体PTVの開発気流のPTV用トレーサーとして一般的に、微小油滴が用いられる。しかし、水表面での気体輸送現象を目的とした場合、水表面に油膜を作ってしまうため問題となる。本研究では、医療用ネブライザーを用いた微小水滴発生装置を試作し、PTVが可能であることを示した。