海洋表面のマルチスケール数値モデルの研究

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海面における大気と海洋の相互干渉き詳細にモデリングすることを目的として、昨年度構築した風波水槽の数値モデルをべースとして研究を行った。まず、モデルを3次元化し、詳細なテスト計算を行い3次元計算の妥当性を確認した。このモデルを用いて以下の検討を行った。・水面における風の剪断応力分布に対する乱流モデルの影響を検討した。これによりk-wモデルなどでは渦粘性が過大となり、ピーク値が正しく再現されないことが分かった。・ダイナミック・スマゴリンスキー・モデルを導入したラージ・エディ・シミュレーションを行い、波面の頂上付近における流れの剥離や、それに伴う大規模な渦構造を再現した。・従来2次元計算では再現できなかった、水面下の3次元的な渦構造の発達を計算で捉えた。吹送流と波の相互干渉により縦渦が発生し、波の発達を3次元的にすることが分かった。・多成分波の発達を、単一成分の規則波の発達と比較し、風による波の成長に対する波長間の相互干渉を検討した。その結果、波長が長い波と短い波が混在する場合、短い波の成長が抑制される一方で、長い波の成長は促進されることが分かった。このことにより風波は発達とともにスペクトルの中心が低周波側に移動することになる。モデルの3次元化により2次元モデルでは捉えることが出来なかった、風波の発達の段階を捉えることが出来るようになったことが、今年度の成果である。ただし、さらに波が発達すると、計算は破綻してしまう。今後は、砕波をモデル化することにより、エネルギー散逸を伴う風波のシミュレーションを行うことが課題である。また、計算で得られた水面形状をマイクロ波の散乱シミュレーションに使用し、波のリモートセンシングのアルゴリズムの改良を行うことも有益である。