内部重力波の発達および崩壊過程の制御とその機構の解明

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本研究室で開発した温度成層風洞内に初期温度・速度乱れが小さく、かつ、大きな鉛直方向温度勾配(1200〜5000K/m)を有する強安定成層流を実現し、その中で内部重力波を自然発生させた。さらに、この成層流中に微小温度擾乱を加えることにより内部重力波の発達過程の制御を行った。内部重力波を構成する三つの周波数成分や、比較のためにその内の二つ、あるいは、単一周波数成分を有する温度擾乱を与え、内部重力波を励起した。この現象を観察するために、二線式温度流速計を用いて混合層内の温度・速度場の同時計測を行い、以下の結果を得た。(1)内部重力波を構成する三つの周波数成分を合成した温度擾乱を与えることにより内部重力波を励起する手法を確立した。(2)励起された内部重力波の一波成分当たりのエネルギー密度の増加は励起用金属細線に加えた印加電流により制約される。(3)内部重力波の発生・発達過程では励起によるエネルギーレベルが増加するとともに、温度・速度変動成分間の位相差は90°に近づくことから励起の成果がみられた。(4)下流において混合層内の局所リチャードソン数RiがRi>1の吸収過程となり、そこでは内部重力波の構成周波数成分のエネルギーレベルの減少が観察された。このことから、そこでは内部重力波が臨界層に吸収されたことがわかる。(5)同じRi数を有していても波動の発達の段階により熱輸送の機構に差異が生じる。(6)以上のことは内部重力波の発達している強安定成層流中における熱輸送機構を記述するには、一般の勾配拡散型のモデルでは不十分であることを示している。