1	LESによる海洋表層混合層形成のシミュレーション 2005年2月14日東京大学工学部システム創成学科環境・エネルギーシステムコース　４年 30729　上迫大介指導教官：佐藤徹教授
2	（発表の構成） Ⅰ．研究背景・研究目的 -- 温暖化による生態系への影響 -- 海洋滋養 Ⅱ．背景理論 Ⅲ．開いた海域における計算 Ⅳ．閉じた海域における計算 Ⅴ．結論
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4	温暖化による海洋生態系への影響温暖化により、表層からの熱流束が増加 ↓ 表層混合層の厚さが小さくなり、温度による成層が強くなっている ↓ 鉛直混合が小さくなり、リンの湧昇が減少 ↓ 表層の生態系に影響？
5	海洋滋養（Ocean Nourishment）栄養塩の少ない海域に、不足している栄養塩（主に窒素）を人工的に散布 ↓ 植物プランクトンによる一次生産を促進 ↓ 炭素固定・食料生産を促進
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8	1-3.　研究目的「開いた海域」「閉じた海域」において… 　一定風速の海上風が吹いているときの、速度分布および温度分布をLESによって計算し、両海域の計算結果を比較・検討する。
9	（発表の構成） Ⅰ．研究背景・研究目的 Ⅱ．背景理論 -- 海洋表層混合層の物理 Ⅲ．開いた海域における計算 Ⅳ．閉じた海域における計算 Ⅴ．結論
10	海洋表層混合層　① 海面近くの、水温や塩分がほぼ鉛直一様（→密度がほぼ鉛直一様）な層。乱流混合層とも呼ぶ。表層混合層の厚さ h は、以下のように算出することができる。
11	海洋表層混合層　② Equation 2 : （海上風のエネルギーの数％）　＝（鉛直混合による熱膨張に伴う位置エネルギー上昇）
12	海洋表層混合層　③
13	海洋表層混合層　④
14	（発表の構成） Ⅰ．研究背景・研究目的 Ⅱ．背景理論 Ⅲ．開いた海域における計算 -- 計算手法（LESとその支配方程式） -- 計算条件および計算領域、計算結果、考察 Ⅳ．閉じた海域における計算 Ⅴ．結論
15	Large Eddy Simulation (LES) 計算格子幅より小さいスケールの運動は直接解析できない ↓ LES乱流モデルで記述本研究では、スマゴリンスキーモデルを使用
16	LESの支配方程式 Navier-Stokes の方程式
17	計算条件（初期条件）　速度 0 m s^-1、　温度 5℃一定（境界条件）　周期境界（x,y方向）、　自由すべり境界（z方向上面）、　壁面境界（z方向下面）
18	計算領域　①
19	計算領域　②
20	（a）［0.1m/s, 0W/m²］の計算結果　①
21	（a）［0.1m/s, 0W/m²］の計算結果　②
22	（b）～（e）［1m/s, 0～240W/m²］　　の計算結果　①
23	（b）～（e）［1m/s, 0～240W/m²］　　の計算結果　②
24	（b）～（e）［1m/s, 0～240W/m²］　　の計算結果　③
25	考察　① ［乱流混合層の形成まで］（等温計算の場合）最初に層流として、表層付近で発達する ↓　（しばらくして）乱流に遷移する ↓　（比較的短時間で）乱流混合層が全域に形成される
26	考察　② 熱流束が存在するときは、温度勾配による成層が形成され、鉛直混合が起こりにくい ↓ 表層混合層の形成は見られなかった。熱流束が時間によらず一定であることが、表層混合層が形成されない原因であると考えられる。（表層から熱が流入するだけでは、鉛直混合が起こりにくい）
27	（発表の構成） Ⅰ．研究背景・研究目的 Ⅱ．背景理論 Ⅲ．開いた海域における計算 Ⅳ．閉じた海域における計算 -- 計算条件および計算領域、計算結果、考察 Ⅴ．結論
28	計算条件（初期条件）　速度 0 m s^-1、　温度 5℃一定（境界条件）　自由すべり境界（x,y方向、およびz方向上面）、壁面境界（z方向下面）
29	計算領域　①
30	計算領域　②
31	（f）［1m/s, 0W/m²］の計算結果　①
32	（f）［1m/s, 0W/m²］の計算結果　② 海上風によって、壁面に沿った循環流が全域にわたって形成されている
33	（g）［1m/s, 120W/m²］の計算結果　① 表層近くでは、水平方向の混合が卓越している
34	（g）［1m/s, 120W/m²］の計算結果　②
35	（g）［1m/s, 120W/m²］の計算結果　③ 表層では、鉛直方向の混合はほとんど起こらず（←強い温度成層の影響）
36	考察「閉じた海域」の場合、流れが壁面によって抑えられるため、海上風によるせん断力の影響が非常に伝わりにくい。（[cf.]　単位体積あたりの運動エネルギーの計算）（d）［1m/s、120W/m²、Open］ : 1.4 [J/m³] （g）［1m/s、120W/m²、Closed］ : 1.5×10^-5 [J/m³] 鉛直混合が起こりにくいため、温度による成層が発達しやすい。
37	（発表の構成） Ⅰ．研究背景・研究目的 Ⅱ．背景理論 Ⅲ．開いた海域における計算 Ⅳ．閉じた海域における計算 Ⅴ．結論
38	結論　① 「閉じた海域」と「開いた海域」について、海上風速、熱流束などの条件を変えながら、速度分布や温度分布の変化を見た。本研究では、明確な表層混合層は形成されなかったものの、次のようなことが分かった。
39	結論　② ［等温計算の場合］「開いた海域」では全域的に乱流混合層が発達するが、「閉じた海域」では壁面に沿った、鉛直方向の循環流が発生する。［一定熱流束での計算の場合］乱流による鉛直混合は両者ともに起こらず、温度成層が発達する。特に「閉じた海域」では、強い成層が発達し、表層の薄い層とその下層とで分断した流れになっている。
40	結論　③ ［マクロコスモスでの実験に向けて］「閉じた海域」の温度成層を壊し、流体に運動エネルギーを与えるため、鉛直混合を人工的に起こすことが必要である。［今後の課題］昼夜を考慮し、熱流束の出入りを時間的に変化させるような計算を行うことで、表層混合層の形成をシミュレーションできるものと思われる。
41	（補足）卒業論文には間に合いませんでしたが…
42	"The END" The END