和方ゼミの研究内容

 

和方ゼミで行っている、主な研究は次の様なものですが、基本は地球流体力学にありますから、興味があることが研究テーマと考えています。自然現象に対し不思議と思い、その気持ちを持ち続けられる学生さんの入学を期待しています。

海洋乱流の研究

海底近くでは、海流は海底の起伏により乱流が発生します。この乱流をラージ・エディ・シミュレーションという手法で数値計算をして調べています。地球の回転ベクトルと水平成分によってもたらされるコリオリ力は乱流の発達に色々な影響をもたらします。また、海面近くでは大気と海洋が協調しあって乱流を生み出します。いま、その研究を始めています。

海洋波動の研究

海洋の赤道域には東に進むケルビン波が、また中緯度には西に進むロスビー波があることが知られています。これらの波動の伝播は近年、人工衛星を用いた海面高度の観測から、広い領域で長期間に渡り観測できるようになってきました。これら波動の伝播特性を、データ解析や数値シミュレーション、理論計算から解明しています。

エル・ニーニョの研究

熱帯域の東太平洋に発生するエル・ニーニョ現象は、大気の南方振動と密接に関連しており、今日では大気海洋結合不安定現象として理解されています。しかし、その発生・終焉にはかなりの非周期性があるため、非線形効果を考慮しその原因を究明しています。また、エル・ニーニョ現象の時間スケールより少し長い時間スケールで、太平洋に数十年の長い周期で変動する大気と海洋の結合した現象があることが最近わかってきています。これらの現象を簡略化した大気・海洋結合モデルから再現し、振動の仕組みを調べる。

 

市川ゼミの研究内容

船上ドローンによるリモセン観測

地球表面の7割を占める広大な海洋は,エルニーニョや地球温暖化などで,大きな影響を地球環境に与えています.しかし,その広大さのために,海洋の実態はいぜん多くが未知のままです.しかも,海洋の観測データには,波長数センチのさざ波から,数万キロの変動までが混在しているために,情報を有効に取り出すには特殊なデータ解析が必要になります.

本分野では,船舶係留系漂流ブイなどの現場観測データと人工衛星の観測データを解析して,海洋の変動特性について新たな観測的事実の発見を目指しています.さらに,その知見をもとに,海洋が地球環境変動に果たす役割について研究しています.

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1) 観測データの解析手法の研究

現場観測(船舶観測係留観測)では集中的な計測ができるが,時間も場所も限定されている.一方,人工衛星では広域を繰り返し観測できるが,計測が海洋表層に限られていたり,物理量を間接的にしか計測できないために何らかの仮定が必要になる.これらのデータを統合して,お互いの利点が生かせるように情報を取り出す手法を研究している(図1).
⇒⇒⇒  人工衛星搭載の海面高度計による海洋の流れの計測

図1:  漂流ブイの軌跡と人工衛星海面高度計データを組み合わせて求めた,1998年12月10日の表面流速場.日本のすぐ南に帯状に流れの速い黒潮があり,伊豆沖で蛇行しているのがわかる.その他,北海道や九州くらいの大きさの渦(中規模渦)も,多数確認できる.この画像は,約10日おきに作成できるので,黒潮や中規模渦の特徴の時間発展を追うことができる.

2) 黒潮の流量および熱流量の評価

黒潮は世界最強の海流の一つで,膨大な量の海水を南から北へ運び,北太平洋の熱の再分配に重要な役割を果たしている.本研究室は,国内外の多数の研究機関と共同して,黒潮および黒潮反流を横断する観測線で,船舶や係留系などの現場観測を行っている(図2).この現場観測データと人工衛星データを統合して,熱や水が北太平洋でどのように運ばれているかを評価する(図3).また,北太平洋全体の風応力の変動などとの対応から,どんな要因で黒潮が変動するかも研究している.
⇒⇒⇒  足摺岬沖黒潮協同観測(ASUKA観測)
⇒⇒⇒  足摺岬沖の測線(ASUKA測線)を流れる黒潮の流量の時間変化(英語)

図2: 四国沖に設けた黒潮の観測線(左)と,その赤線部分の水温(中)・流速(右)の断面図. 右図では,暖色の部分が,西から東に向かう流速を示している.これを面積積分して黒潮が輸送する海水の体積を求めると,50×106 m3/sec 程度になる.これは1秒間に福岡ドーム25杯分の海水が測線を通過していることに相当する.

図3: 四国沖に設けた黒潮の観測線(図2)を流れる1000 m以浅の東向流としての黒潮の流量(赤線)と通過流としての黒潮の流量(青線)の時間変化(単位:Sv = 106 m3/sec).現場観測データと人工衛星海面高度計データを組み合わせて求めた.数十日から数年にわたるさまざまな変化が確認できる.

3) 中規模渦の伝播特性と熱・物質交換の解明

海洋表層の変動の多くは,「中規模渦」と呼ばれる巨大な擾乱として,ゆっくりと西に伝播する.その際,渦は周辺の物質を有効に拡散したり,渦自身とともに水塊を移動させる.人工衛星データの解析を行うと,これらの渦が周辺海域にどのような影響をもたらしているかを評価できる(図4).本研究室では,中規模渦の効果を日本の沿岸域などで具体的に見積もっている.さらに,それらの伝搬特性や発生源などを明らかにしていくことで,長期的な海況予報に役立てることを目指している.

 

図4:  人工衛星海面高度計による海面高度の測定の模式図(左).こうして得られた海面高度から,那覇の潮位変動との相関係数の分布が求まる(右).那覇の潮位変動は,九州全域が入る程度の広大な海域で相関が高いことが分かる.さらに,黒潮の影響を受けて琉球列島の西側のみが引き伸ばされた形状となっていることも分かる.