砕波を伴う大気・海洋相互作用の実験及び格子ボルツマン法による数値解析

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大気・海洋界面での運動量・熱・物質の輸送は気象・海象の変化へ強い影響を与える.そのため,海面での交換過程を明らかにし,交換量を正確に見積もることは,気象モデル・海洋モデルの精度を向上する上で重要である.平成16年度は,気・液界面問題へ適用できる2相流の格子ボルツマン法の理論展開,数値モデルの構築を実施した.そして,層流での気流と風波の相互作用を2相流格子ボルツマン法により調べ,風波の発達率を求めた.また,3次元直接数値計算により乱流状態での気流と風波の相互作用を調べた.波齢を変化させ,それぞれについて計算を実施した.そして,風波の発達過程に関する古典力学理論であるMilesの理論の乱流場での適用可能性を検討した.また,風波が気流中の物質輸送へ与える影響を明らかにした.その結果,気流中の物質輸送と運動量輸送に相似性があることがわかった.平成17年度は,気・液界面でのCO_2交換に影響を与える,水面直下の熱対流について,数値実験及び室内実験により調べた.液層表面の冷却により気・液界面直下の液層側に生じる熱対流の乱流構造,及び熱・物質輸送を調べた.そして,水面直下で発達する熱対流の乱流構造を示し,固体壁面上の熱対流との相違を明らかにした.さらに,熱対流に伴う熱・物質輸送を調べ,水面直下で発達する熱対流は固体壁面上のそれと比べて,1.5から2.0倍の熱・物質の混合効果を持つことを示した.その結果,冬期の東シナ海における熱対流によるCO_2交換量は,風速が4-5m/sの状態に匹敵することがわかった.