Ocean turbulent mixing due to non-breaking surface waves; Dynamic similarity and climate impact around Japan

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海面の波（水面波）は海面付近で乱れを発生させ海水をかき混ぜる。この波によるかき混ぜ(波成混合)が、海面水温の変化を通じて、海洋と大気からなる地球気候システムに大きな影響を与えると指摘されている。しかし、従来の研究では波成混合の観測や数値実験の精度に限界があるため、波成混合が気候に及ぼす影響を正しく評価できていない。本研究課題では、この問題を解決するため、波成混合を精確に（近似せずに）再現する数値実験（波成混合実験）、その検証および補完のための室内実験、さらに波成混合が日本周辺気候へ及ぼす影響を評価するための数値実験（気候影響評価実験）を行う。波成混合実験に関しては、新たに購入したベクトル・並列型ハイパフォーマンスコンピュータのセッティングを初めに行い、高解像度の実験を高効率で行える環境を整備した。次に数値実験を行い、水面波が渦対を形成することで引き起こす混合の力学と強度を定量的に評価した。また、これらの影響は波形勾配に依存することに加えて、波成混合が流れを鉛直に一様化することや弱いながらも水面波自身の減衰を引き起こすこと、などを明らかにした。また、次年度以降により大規模な数値実験を行うため、数値モデルコードの並列化にも取り組んだ。室内実験に関しては、造波水槽にグリーンレーザーとマイクロバブルを組み合わせた可視化装置と自作した水温計アレイとを取り付けて実験を行った。その結果、水面波が形成する渦対の可視化に成功し、また渦対に伴う水温の鉛直混合や混合強度が波形勾配に依存することを確認した。これらの結果は波成混合実験と整合するものであり、数値実験を補完する結果を得ることに成功した。気候影響評価実験に関する取り組みとしては、海洋大循環モデルに組み込む波浪モデルの選定を行い、海底地形と波浪の相互作用に優れるSWANモデルをRIAM Ocean Modelに組み込む作業に着手した。