潮流によって形成される海底境界層の不安定とその混合効果 中間報告　坂本圭 2004.07.07

1 はじめに(1) エクマン流の不安定 どちらの不安定も、内部流に対してほぼ直交する平面で循環セル(v,w)を形成する。 Vと表記 Uと表記 1 はじめに(1)　エクマン流の不安定 どちらの不安定も、内部流に対してほぼ直交する平面で循環セル(v,w)を形成する。 Vと表記 Uと表記 変曲点→タイプI不安定 内部流方向のシアー→タイプII不安定

1 はじめに(2) 不安定の構造 u 循環セルパターン(v,w タイプI) 空間スケールはエクマン層の厚さで規格化 1 はじめに(2)　不安定の構造 Kaylor and Faller 1972 u 循環セルパターン(v,w タイプI) 空間スケールはエクマン層の厚さで規格化

1 はじめに(3) 擾乱エネルギー タイプI Uからuへ Vからvへ K:v,wの擾乱エネルギー タイプII P:擾乱の位置エネルギー 1 はじめに(3)　擾乱エネルギー Kaylor and Faller 1972 タイプII タイプI Uからuへ Vからvへ K:v,wの擾乱エネルギー P:擾乱の位置エネルギー E:uの擾乱エネルギー 　uからvへ 粘性 粘性 拡散 値はE+K+Pで規格化

1 はじめに(4) 振動流の海底境界層 内部流が三角関数で表せるとする。 1 はじめに(4)　振動流の海底境界層 内部流が三角関数で表せるとする。 反時計回りと時計回りの回転流の和で書ける(Davies 1985)。 反時計回りの回転流の粘性境界層内の流速は以下となる (Fang and Ichiye 1983)。 臨界緯度付近 ではシアーが海底から高くまで存在。

1 はじめに(5) 目的 研究のテーマ： 振動流によって形成される海底境界層の不安定は、 1 はじめに(5)　目的 研究のテーマ： 　振動流によって形成される海底境界層の不安定は、 　　1.定常流によるエクマン層の不安定と力学的に異なるか？ 　　2.鉛直スケールなど量的な差はどのようなものか？ 　　3.どの範囲でどの程度の混合効果があるか？ 中間報告の内容： 　2章　モデル 　3章　極と中緯度海域における混合効果 　4章　密度一様流体の解析 　　4.1　準定常流 　　4.2　振動流(1ケースのみ)　

2 モデル U(t)=-Utidecos( 2π×t / (12*3600) ) 鉛直2次元、非圧縮、ブシネスク近似、リジッド・リッド条件。 渦度ζと流線関数ψを用いる。 渦拡散・粘性係数ν =50cm2/s,κ=5cm2/s コリオリ・パラメータf=-1.4×10-4s-1 重力加速度g=980cm/s2 標準密度ρ0=1.027g/cm3

3 極と中緯度海域における混合効果 図5 トレーサー濃度分布(40日目) 初期分布は水平一様で海底から25mまで1.、それより上で0.。 不安定による見かけの混合係数の評価

4.1 準定常流　基本場 m U V 海底から15mに変曲点 cm/s 図5 UとVのプロファイル、鉛直勾配のプロファイル

4.1 擾乱場 図6 擾乱場の流線関数とv:Kaylor and Faller(1972)との比較 fの符号が異なる点に注意 海底エクマン層の上端付近で鉛直流が強い

4.1 擾乱場へのエネルギー タイプI タイプII 等値線間隔5.0×10-5cm2/s3 100m Uからu 0m Vからv 等値線間隔5.0×10-6 vからuへ 10日 11日

4.1 混合効果 実線:f=-1.4×10-5 点線:f=-9.3×10-5 破線:f=-3.5×10-5 海底エクマン層の上端付近で混合が強い

4.2 振動流 基本場 内部領域の流れ シアー 12時間周期、f=-1.4×10-5ではR+=0.98Utide R-=0.017Utide 4.2 振動流　基本場 内部領域の流れ シアー 12時間周期、f=-1.4×10-5ではR+=0.98Utide 　R-=0.017Utide ほぼ反時計回り流となる。 臨界緯度付近の潮流再現実験の結果と一致(Pereira et al. 2002)。

4.2 擾乱場 Utide =5cm/sのケースは不安定だった。 左図：擾乱の流線関数とv。水平波長は約230m。

4.2 擾乱場へのエネルギー 等値線間隔1.0×10-6cm2/s3 Uからu V U タイプII y方向に構造が持てないのでエネルギー供給は小さい Vからv タイプII の時刻 の時刻 6時 12時 18時 V U vからuへ

4.2 混合効果 海底から100mから300mで混合が強い 回転流だから？ それとも潮流周期と慣性周期が近いので境界層が厚くなるから？ →　ｆを変えて、ケーススタディを行う。

5 まとめと課題 成層実験： 　極域のfと成層で行った実験では、不安定によって見かけの拡散係数が212cm2/sにもなる混合が起こり、40日間の実験で海底から160mまでほぼ一様化された。 　中緯度の実験では不安定は弱く、見かけの拡散係数は2.1cm2/s程度であった。 密度一様実験： 　定常流ではタイプIの不安定が起こり、その海水混合効果は海底エクマン層付近に限定されていた。 　慣性周期と周期が近い振動流ではタイプIIの不安定が起こり、その混合効果は海底から100～300mに現れた。 課題： 　1.コリオリ・パラメータを変更した振動流実験 　2.成層の安定化の効果 　3.海底地形による不安定化の効果

1 はじめに(1)　斜面沈降流