Ocean turbulent mixing due to non-breaking surface waves; Dynamic similarity and climate impact around Japan

由于非破碎表面波而导致海洋湍流混合；

基本信息

批准号：
22H00178
负责人：
吉川裕
金额：
$ 27.54万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

海面の波（水面波）は海面付近で乱れを発生させ海水をかき混ぜる。この波によるかき混ぜ(波成混合)が、海面水温の変化を通じて、海洋と大気からなる地球気候システムに大きな影響を与えると指摘されている。しかし、従来の研究では波成混合の観測や数値実験の精度に限界があるため、波成混合が気候に及ぼす影響を正しく評価できていない。本研究課題では、この問題を解決するため、波成混合を精確に（近似せずに）再現する数値実験（波成混合実験）、その検証および補完のための室内実験、さらに波成混合が日本周辺気候へ及ぼす影響を評価するための数値実験（気候影響評価実験）を行う。波成混合実験に関しては、新たに購入したベクトル・並列型ハイパフォーマンスコンピュータのセッティングを初めに行い、高解像度の実験を高効率で行える環境を整備した。次に数値実験を行い、水面波が渦対を形成することで引き起こす混合の力学と強度を定量的に評価した。また、これらの影響は波形勾配に依存することに加えて、波成混合が流れを鉛直に一様化することや弱いながらも水面波自身の減衰を引き起こすこと、などを明らかにした。また、次年度以降により大規模な数値実験を行うため、数値モデルコードの並列化にも取り組んだ。室内実験に関しては、造波水槽にグリーンレーザーとマイクロバブルを組み合わせた可視化装置と自作した水温計アレイとを取り付けて実験を行った。その結果、水面波が形成する渦対の可視化に成功し、また渦対に伴う水温の鉛直混合や混合強度が波形勾配に依存することを確認した。これらの結果は波成混合実験と整合するものであり、数値実験を補完する結果を得ることに成功した。気候影響評価実験に関する取り組みとしては、海洋大循環モデルに組み込む波浪モデルの選定を行い、海底地形と波浪の相互作用に優れるSWANモデルをRIAM Ocean Modelに組み込む作業に着手した。

海面波（水波）在表面附近产生湍流，并搅拌海水。已经指出，这种波浪混合（波浪混合）通过海面温度的变化对由海洋和大气组成的全球气候系统产生了重大影响。但是，先前的研究在观察波混合和数值实验方面的准确性有限，因此尚未正确评估波浪混合对气候的影响。在该研究主题中，为了解决此问题，我们将进行数值实验，以准确地重现波浪混合（无近似）（波浪混合实验），实验室实验以验证和补充它，以及数值实验，以评估日本周围气候的波浪混合的效果（气候影响评估实验）。关于波动的混合实验，我们已经实施了新购买的矢量并行高性能计算机设置，并创建了一个可以高效效率进行高分辨率实验的环境。接下来，进行数值实验，以定量评估由水面波的涡流对形成引起的混合的力学和强度。除了这些效果取决于波形梯度的事实外，还表明波浪混合将垂直均匀地均匀地统一流动，并且弱地衰减了表面波本身。此外，为了从明年开始进行大规模的数值实验，我们还致力于并行化数值模型代码。关于室内实验，通过将绿色激光器和微泡结合到波形的水族馆和自制水温量表阵列中的可视化装置来进行实验。结果，我们成功地看到了由水面波形成的涡旋对，并确认与涡旋对相关的水温的垂直混合和混合强度取决于波形梯度。这些结果与波浪混合实验一致，我们能够获得补充数值实验的结果。作为气候影响评估实验的一部分，我们选择了一个波浪模型将其纳入海洋一般循环模型，并开始致力于将SWAN模型纳入在海底地形和波浪之间的相互作用中脱颖而出。