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対流・KH不安定・TS不安定の相互作用とそれによる鉛直混合

对流、KH 不稳定性和 TS 不稳定性的相互作用以及由此产生的垂直混合

基本信息

批准号：
11J02391
负责人：
阿部祥子
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02391/
关键词：
内部重力波 Kelvin-Helmholtz波 Tollmien-Schlichting波対流鉛直混合密度流

项目摘要

大振幅内部重力波と鉛直混合の間の遷移過程では、内部重力波の密度逆転による対流、力学的に不安定な流れ場で成長するKelvin-Helmholtz(KH)波、そして海底境界層が不安定となって成長するTollmien-Schlichting(TS)波が励起されることが、報告者の過去の鉛直2次元非静水圧モデルを用いた数値実験によって示されており、KH波とTS波が結合した新しい不安定モード(結合モード)の存在も示唆される。本年度は、KH波とTS波が結合するメカニズムを理論的に考察し、数値実験により調べた。KH波とTS波それぞれの線形成長理論を組み合わせると、基本流が壁に接する三角ジェットの場合、2つの渦波と粘性モードの共鳴によってKH波とTS波が結合することが考えられる。そこで数値実験により結合メカニズムを検証したところ、2つの渦波と粘性応答は増幅し合う位相関係を保ち、理論的考察通りに結合モードが発達した。また、ジェットの形状を変えた実験により、結合モードの成長率がKH波やTS波の数倍～十倍になる場合や、位相速度と波長がKH波とTS波のどちらか或いは両方と大きく異なる場合があることが示された。さらに、対流も加えた実験から、この結合モードは大振幅の擾乱が存在する流れ場においても発達できることが明らかになった。結合モードは、大振幅内部重力波の砕波が起きていると推定されている世界各地だけでなく、海底近くにジェットのような流れが存在する海域、例えばoverflowや密度流により深層水が形成される海域でも生じている可能性がある。そして海洋以外、例えば大気境界層や一般に壁近くにジェット流がある流れ場にも適用できる。従って、結合モードの知見は、海洋中の鉛直混合の理解とその見積もりの改良に寄与し、熱塩循環と物質循環の理解を深めるのに加えて、海洋を含む流れの安定性に関して広く応用できる。

Large amplitude internal gravity waves and vertical mixing of the intermediate migration process, internal gravity waves density inverse, flow, mechanical instability, flow field growth Kelvin-Helmholtz(KH) waves, seabed boundary layer instability, growth Tollmien-Schlichting(TS) waves excitation, reporter of the past vertical two-dimensional non-hydrostatic pressure, the use of numerical values, show that KH wave and TS wave are new and unstable. This year, KH wave and TS wave are combined to investigate the theory and adjust the numerical value. KH waves and TS waves form long theoretical combinations, fundamental flows are connected to the wall, triangular waves are connected to the wall, eddy waves are connected to the viscous waves, resonance waves are connected to the KH waves and TS waves, and the fundamental flows are connected to the wall. 2. Vortex waves and viscous waves increase in amplitude and phase relations, and theoretical investigations are carried out in conjunction with each other. The growth rate of KH wave and TS wave is several times to ten times, and the phase velocity is several times to ten times of TS wave. In addition, the flow field is increased, and the large amplitude disturbance exists. Combined with the occurrence of large amplitude internal gravity waves, it is estimated that there is a possibility that deep water may be formed in the sea areas around the world, such as in the sea area near the seabed and in the sea area near the seabed. For example, the boundary layer of the sea is generally close to the wall. The understanding of vertical mixing in the ocean, the improvement of physical properties, the understanding of thermal cycles and material cycles, and the stability of ocean flow are all important aspects of this study.