回転球面上の乱流からのパターン形成に関する理論の構築

旋转球体上湍流形成图案的理论构建

• 批准号: 13J00465
• 负责人: 齋藤 泉
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J00465/
• 关键词: 木星; 東西ジェット; 準保存量; 乱流; 赤道西風; 球流体力学; 準地衡方程式; ゾノストロフィー; 回転球面; 浅水方程式系; 赤道ジェット

本研究の目的は、大気や海洋における大規模な準二次元的流体運動を記述する方程式において、木星で観測されるような帯状構造（緯度方向に交互に並ぶ卓越した東西ジェット）が現れるメカニズムを明らかにすることであった。本研究が着目したのは、上記の流体運動を記述する単純な二次元の方程式である「準地衡渦度方程式」において、近年発見された「ゾノストロフィー」という準保存量である。この保存量の保存性によって、準地衡渦度方程式に支配される乱流からの帯状構造の形成を説明できることが、先行研究によって証明されていた。本研究は、準地衡渦度方程式のような二次元平面上の方程式だけでなく、回転球面上の方程式にもゾノストロフィーのような準保存量が存在すると考えた。そこで、本研究が以前に開発した、準保存量を最小化問題を解くことによって数値的に求める手法を、球面上の準二次元的な流体運動を記述する方程式である「回転球面上の非発散渦度方程式」に応用し、ゾノストロフィーに対応する準保存量を導出することに成功した。この準保存量は、エネルギーにある重みをかけた量として定義され、その重み係数は、波数空間において等値線が翼形になるような分布をしている。このような分布によって帯状構造の形成にいたるエネルギーの分布の変化を説明することができる。回転球面上の非発散渦度方程式の減衰性乱流シミュレーションを行うことで、導出した準保存量の保存性を確かめた。準保存量は、惑星回転が十分に大きく、帯状構造が現れる場合に良く保存していた。昨年度末に英文雑誌に提出していた以上の研究成果は、受理され掲載された。また研究最終年度である本年度は、これまで得られた知見を博士論文にまとめる作業に取り組んだ.

The purpose of this study is to describe the fluid motion of large-scale quasi-quadratic oceans in the equations of Jupiter and Jupiter. This study describes the pure quadratic equation of fluid motion, and in recent years, it has been reported that The preservation of these quantities is governed by the quasi-geostationary vorticity equation, and the formation of turbulent and zonal structures is explained and proved by previous studies. In this paper, we investigate the existence of quasi-geostationary vorticity equations on the quadratic plane and on the spherical plane. This paper presents a method for calculating the quasi-quadratic equation of fluid motion on a spherical surface. The quasi-preservation quantity is equal to the weight coefficient, the wave number space is equal to the wing shape, and the weight coefficient is equal to the wing shape. The distribution of these structures is explained in detail in the formation of zonal structures. Decay reduction turbulence of non-dispersive vorticity equations on a spherical surface is discussed in detail below. The amount of quasi-preservation is very large, and the structure of the belt is very good. At the end of last year, the above research results were submitted and accepted. The final year of research is this year.

项目成果

ニュートン冷却を散逸過程とする強制浅水乱流における赤道西風形成のメカニズムについて

以牛顿冷却为耗散过程的强迫浅水湍流赤道西风形成机制研究

• 发表时间: 2015
• 作者: 齋藤泉;石岡圭一
• 通讯作者: 石岡圭一

A Procedure to Find a Discrete Counterpart of a Quasi-Invariant for Two-Dimensional Beta-Plane Turbulence

寻找二维 Beta 平面湍流准不变量的离散对应部分的过程

• DOI: 10.11345/nctam.62.13
• 发表时间: 2014
• 期刊: Theoretical and Applied Mechanics Japan
• 作者: 松原立真;小嶋美紀子;田原美智留;Syed Bilal Ahmad Andrabi;福士路花;川原史也;山野安規徳;榊原均;永宗喜三郎;松原立真;Izumi Saito and Keiichi Ishioka
• 通讯作者: Izumi Saito and Keiichi Ishioka

Mechanism for formation of equatorial superrotation in forced shallow-water turbulence with Newtonian cooling

牛顿冷却强迫浅水湍流赤道超自转形成机制

• 发表时间: 2014
• 作者: 齋藤泉;石岡圭一
• 通讯作者: 石岡圭一

Mechanism for the formation of equatorial superrotation in forced shallow-water turbulence with Newtonian cooling

牛顿冷却强迫浅水湍流中赤道超自转的形成机制

• DOI: 10.1175/jas-d-14-0235.1
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of the Atmospheric Sciences
• 影响因子: 3.1
• 作者: 高山和雄;三村菜摘;萩原康子;立花雅史;櫻井文教;神田勝弘;川端健二;水口裕之;辻 かおる;Izumi Saito and Keiichi Ishioka
• 通讯作者: Izumi Saito and Keiichi Ishioka

Angular distribution of energy spectrum in two-dimensional β-plane turbulence in the long-wave limit

长波极限二维β面湍流能谱角分布

• DOI: 10.1063/1.4813808
• 发表时间: 2013
• 期刊: Physics of Fluids
• 影响因子: 4.6
• 作者: 松原立真;小嶋美紀子;田原美智留;Syed Bilal Ahmad Andrabi;福士路花;川原史也;山野安規徳;榊原均;永宗喜三郎;松原立真;Izumi Saito and Keiichi Ishioka;I. Saito and K. Ishioka
• 通讯作者: I. Saito and K. Ishioka