Developing spectral numerical models for ocean turbulence using a distorting coordinate system

使用扭曲坐标系开发海洋湍流的光谱数值模型

基本信息

批准号：
20K14556
负责人：
大貫陽平
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-12-19 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

回転成層流体において、楕円型の流線構造をもつ順圧渦流の一部を切り出し、その内部にパラメトリック励起される重力波の数値シミュレーションを実施した。このシミュレーションでは、背景流によって受動的に流されながら変形を繰り返す平行六面体の計算領域を設定することで、順圧渦の空間構造を解像することなく、シア生成による擾乱成分へのエネルギー供給を再現できるという特徴がある。空間微分はスペクトル法で離散化し、粘性・拡散項には最大波数成分のエネルギー密度に依存したサブグリッドスケールモデルを用いることで、概ね乱流の慣性領域をカバーした高解像度計算を行った。高気圧性渦を想定してロスビー数が1.2、扁平率0.5の設定で実験を行ったところ、パラメトリック共鳴によって増幅された重力波が、やがて密度逆転を生じて砕波し、成層乱流を生成する様子が見られた。鉛直波数空間内におけるスペクトルを解析すると、エネルギー密度は全波数領域において運動エネルギーが有効位置エネルギーを上回るのに対し、エネルギーフラックスは低波数領域で運動エネルギーよりも有効位置エネルギーの方が卓越していた。このことは、砕波が密度逆転によって起きているという理解と整合する。一方、高波数側のフラックスは運動エネルギーが有効位置エネルギーを上回っており、エネルギーカスケードの過程で有効位置エネルギーから運動エネルギーへの変換が起きているものと解釈できる。代表者の海外特別研究員採用に伴い、令和3年6月で研究を一時中断するが、渡航先のフランスにおいても、この度開発した数値モデルを利用した研究課題を引き続き推進する予定である。

在旋转分层的流体中，切出具有椭圆形流线型结构的正向压力涡流的一部分，并对在旋转液中进行参数激发的引力波进行数值模拟。该仿真具有这样的特征，即通过设置平行膜片的计算面积，该平行膜片被背景流动并反复变形，可以重现剪切产生引起的干扰成分的能量供应，而无需解决正向压力涡流的空间结构。使用光谱法离散空间分化，并进行高分辨率计算，通过使用依赖于粘度和扩散项的最大波数成分的最大波数成分的能量密度来涵盖湍流的惯性区域。当我们进行一个Rossby数量为1.2的实验和0.5的扁平度比（假设高压涡流）时，我们发现通过参数共振扩增的重力波最终会导致密度逆转并破裂波，从而产生分层的湍流。当分析垂直波数空间中的光谱时，动能超过了整个波数区域的有效势能，而能量通量优于低波数区域的有效势能。这与理解是由于密度逆转引起的断裂波。另一方面，高波数侧通量的动能超过了有效的势能，并且可以解释为从有效势能到动能的转化，在能量级联过程中发生。由于招募了一名代表的海外特别研究人员，研究将在2021年6月暂时暂停，但该公司计划使用它在法国旅行的法国开发的数值模型继续促进研究主题。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Direct numerical simulation of stratified turbulence generated by local instability of internal gravity waves

内部重力波局部不稳定产生的层状湍流的直接数值模拟

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yohei Onuki;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois,
通讯作者：
Thierry Dauxois,

Simulating turbulent mixing caused by local instability of internal gravity waves

模拟内部重力波局部不稳定引起的湍流混合

DOI：
10.1017/jfm.2021.119
发表时间：
2021
期刊：
Journal of Fluid Mechanics
影响因子：
3.7
作者：
Onuki Yohei;Joubaud Sylvain;Dauxois Thierry
通讯作者：
Dauxois Thierry

負温度を持つ二次元乱流からの不可逆的エネルギー抽出

负温度二维湍流不可逆能量提取

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yohei Onuki;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois,;大貫陽平;大貫陽平
通讯作者：
大貫陽平

変形領域における二次元乱流の統計力学

变形区域二维湍流统计力学

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yohei Onuki;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois,;大貫陽平
通讯作者：
大貫陽平

内部重力波の局所不安定が引き起こす成層乱流の直接数値シミュレーション

内部重力波局部不稳定引起的层状湍流的直接数值模拟

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
大貫陽平;Sylvain Joubaud;Thierry Dauxois
通讯作者：
Thierry Dauxois

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发表时间：
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Baron;P.;Ochiai;S.;Dupuy;E.;Larsson;R.;Liu;H.;Manago;N.;Murtagh;D.;Oyama;S.;Sagawa;H.;Saito;A.;Sakazaki;T.;Shiotani;M.;and Suzuki;M.;西山忠男・森部陽介・森康・重野未来・湯口貴史;大貫陽平;大槻匠，冨田崇弘，Tian Zhaoming，Halim Mario，Lippmaa Mikk，中辻知
通讯作者：
大槻匠，冨田崇弘，Tian Zhaoming，Halim Mario，Lippmaa Mikk，中辻知