風波気液界面を通しての熱輸送と界面近傍の乱流構造との関連性

摘要

近年，人類社会が直面している環境問題として，局所的海水温上昇に伴うエル·ニーニョ·南方振動現象や土壌風化に伴う砂漠化現象等があり，これらの異常現象が生態系や人類社会に多大な影響を及ぼすことが危惧されている．したがって，これらの現象の発生や進行と深い関わりを持つ気候変動を精度良く予測することは極めて重要である．現在の気候変動予測には，GCM(General Circulation Model)と呼ばれる大気海洋大循環モデルが用いられているが，そのモデルの信頼性が低いことが問題視されている．その原因の一つとして，GCMを構成するサブモデルでは，大気·海洋間，つまり風波気液界面を通しての熱交換量を評価する際に，モデルとしての使い易さのみを考えた物理的根拠に欠ける「熱交換量と風速は比例関係にある」という仮定に基づいた式が用いられていることが挙げられる．具体的には，気液界面を通しての熱フラックスは，海水面と海水面上10mの位置における大気側との温度差T_i-T_(10)および湿度差q_i-q_(10)を用いて大気中の顕熱Q_Hと潜熱Q_Eを求め，それらの値に海水面からの放射熱Q_Rを加えた総和を全熱フラックスQとするバルク法により評価されている．そこで，本研究では，海洋のシミュレーション装置である風波乱流水槽を用いた室内実験を通して，液側熱伝達係数h_Lおよび液側界面近傍の乱流場を明らかにすることにより，風波気液界面を通しての熱の輸送機構を解明することを目的とした．