大気海洋間の気液界面を通しての物質移動および界面近傍の乱流構造に及ぼす降雨の影響

大気中の二酸化炭素濃度の上昇に伴う地球温暖化を正確に予測するために、大気・海洋大循環モデル(GCM)に含まれる不確定要素のひとつである大気海洋間の物質交換のメカニズムを解明することは重要である。大気海洋間の物質移動を促進する要因の一つとして降雨が挙げられる。事実、自然界における気液界面を通しての物質移動に関して、既往研究は降雨により生成される液側界面近傍の乱流渦の影響を無視できないと結論付けている。しかし、雨滴の衝突を伴う気液間の物質移動機構についてもなんら検討されていない。昨年度の研究により液滴の界面衝突時における二酸化炭素吸収メカニズムを定性的に明らかとした。そこで本年度は、昨年度に引き続き液滴の界面衝突時に生成されるボルテックスリングに着目し、ボルテックスリングの渦径および中心速度の測定をハイスピードPIVを用いて行った。その結果、気液界面での液滴衝突によって生成される渦の渦径と渦の中心速度は、液滴の運動量の増加に伴って単調に増加することを明らかとした。この結果は、液滴衝突による物質移動係数が落下液滴の運動量フラックスに比例して増加することを示唆している。現在、これらの結果をまとめた論文を執筆中である。また、液滴衝突現象を再現するためにLevel-set法を用いた直接数値計算プログラムの作成を開始した。

大気中の二酸化炭素濃度の上昇に伴う地球温暖化を正確に予測するために、大気・海洋大循環モデル(GCM)に含まれる不確定要素のひとつである大気海洋間の物質交換のメカニズムを解明することは重要である。大気海洋間の物質移動を促進する要因の一つとして降雨が挙げられる。事実、自然界における気液界面を通しての物質移動に関して、既往研究は降雨により生成される液側界面近傍の乱流渦の影響を無視できないと結論付けている。しかし、雨滴の衝突を伴う気液間の物質移動機構についてもなんら検討されていない。昨年度の研究により液滴の界面衝突時における二酸化炭素吸収メカニズムを定性的に明らかとした。そこで本年度は、昨年度に引き続き液滴の界面衝突時に生成されるボルテックスリングに着目し、ボルテックスリングの渦径および中心速度の測定をハイスピードPIVを用いて行った。その結果、気液界面での液滴衝突によって生成される渦の渦径と渦の中心速度は、液滴の運動量の増加に伴って単調に増加することを明らかとした。この結果は、液滴衝突による物質移動係数が落下液滴の運動量フラックスに比例して増加することを示唆している。現在、これらの結果をまとめた論文を執筆中である。また、液滴衝突現象を再現するためにLevel-set法を用いた直接数値計算プログラムの作成を開始した。