極浅海域 における高潮 の数値解析
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(2) 極 浅海 域 にお け る高潮 の数 値解 析. 327. (4) こ こ に,U10:10m高 海 水 密 度,c(f):波. 度 で の 風 速,ρa:大. 浪 の周 波 数,Sds(f,θ):SWANに. け る エ ネ ル ギ ー 散 逸 率(白 る砕 波 の和)で は,Smith. 気 密 度,ρ: お. 波 砕 波 お よ び 水 深 に規 定 さ れ. あ る.式(3)で. 表 示 さ れ る海 面 抵 抗 係 数. and Banke(1975)に. よ る も の で あ る.こ. の. 係 数 の 中 に は,大 気 乱 流 と海 洋 波 浪 と の乱 流 特 性 に対 す る相 互 作 用 は考 慮 され て い るが,波 浪 か ら海 洋 の平 均 流 に移 行 す る エ ネ ル ギ ー過 程 に 関 す る情 報 は入 って い な い. この た め,波 浪 の 発 生,発 達 過 程 を モ デ ル化 す る ため の. 図‑1. 砕 波 せ ん 断 応 力(式(4))と. バ ル ク則(Smith. and Banke). か ら得 ら れ る海 面 せ ん 断 応 力 の 風 速 依 存 特 性. 海 面 せ ん 断 応 力 と して は適 用 で き るが,海 洋 の 平 均 流 を 再 現 す る た め の情 報 と して は不 十 分 で あ る.こ の た め, こ こ で は平 均 流 生 成 海 面 応 力 τtotalを,式(1)によ り,砕 波 せ ん 断 能 力 を考 慮 した形 で表 現 して い る が,そ. の寄 与. 率 とに つ いて は,こ れ ま で観 測 値 潮 位 と計 算 潮 位 と の適 合 性 か ら経 験 的 に決め,α=0.1,β=1と. して使 用 して. 図‑2に は寄 与 率 α=0.3,式(5)の. β(U10)を. き た(金 ・山 下,2005).こ こで は,水 深 を 変 化 させ た 一 様 水 深 の場 で の 数 値 実 験 を 行 い ,波 浪 モ デ ルSWANの. 図 中,破. 砕 波 減 衰 項 か ら計 算 され る砕 波 せ ん 断 能 力 τbrの強 度 と. る海 面 せ ん 断 応 力,点. 水 深,風. al.(2006)の 定 式 化 の結 果 を示 す.こ. 速 と の 関係 を 検 討 す る.. 図‑1は 寄 与 率 を 考 慮 しな い 場 合 の 砕 波 せ ん 断 応 力 と. 用 いた場. 合 の 平 均 流 生 成 海 面 応 力 τtotalお よ び3種 類 の バ ル ク則 か ら得 られ る大 気 乱 流 場 の せ ん 断 応 力 と風 速 の 関 係 を 示 す. 線 で,Smith. and Bankeの 定 式 化 か ら計 算 さ れ 線 でSmith(1980),実. 線 でOey et. の図 よ り,こ. こで. 提 案 した平 均 流 生 成 海 面 応 力 の 計 算 結 果 は,深 海 域 で は. Smith and Bankeの 定 式 化 か ら計 算 され る 海 面 せ ん 断 応. Oey et al.の結 果 を 下 限 と し,浅 海 域 で はSmith and Banke. 力(ラ. の 大 気 乱 流 特 性 か ら推 定 さ れ る海 面 せ ん 断 応 力 よ りか な. ン ダ ム サ ンプ リン グ)と の 関 係 も示 す.図. は水 深9m以. 浅,・. は9m以 上90mま. で,○. 中+印. は90m以 深 の. り大 き な値 とな って い る こ とが わ か ら.こ れ に よ り,深. デ ー タ で あ る.実 線 はSmith and Bankeに よ る せ ん 断 応. 海 域 で は波 浪 の 影 響 が 小 さ く,浅 海 域 に な る につ れ て 砕. 力 で あ る.こ. 波 せ ん 断 応 力 の 影 響 が 強 く評 価 され る,吹 送 流(風. の 図 よ り,低 風 速 で は 式(4)で 定 式 化 され. によ. る砕 波 せ ん 断 応 力 の 寄 与 率 は急 速 に 小 さ くな り,高 風 速. る平 均 流)を. で は 砕 波 せ ん 断 応 力 は従 来 の海 面 せ ん 断 応 力 の3倍 近 く に な って お り,水 深 が 浅 くな る ほ ど この 傾 向 が 顕 著 に な. を 考 慮 して定 式 化 す る こ とが 可 能 と な る. 一方 ,図‑2と 同様 の 数 値 実 験 の 結 果 を 抵 抗 係 数 と10m. る(砕 波 す る)こ. 高 度 の 風 速 との 関 係 で 表 示 した も のが 図‑3で あ る.実 際. とが 示 され て い る.す な わ ち,低 風 速. で は 大 気 乱 流 せ ん 断 応 力 の 寄 与 率 は100%に. 近 く,高 風. 発 生 させ る海 面 せ ん 断 応 力 を,波 浪 の効 果. の 観 測 結 果 との 比 較 と 同様 に,計 算 結 果 に もお お き な ば. 速 で 浅 水 深 の 場 合 に は 砕 波 せ ん 断 応 力 寄 与 率 が増 加 す る.. らっ きが 見 られ る.計 算 結 果 の デ ー タ は ラ ン ダ ム サ ンプ. そ こで,砕. リング に よ る もの で,あ る瞬 間 の砕 波 の 状況(と イ ンプ ッ. 波 せ ん 断 応 力 の 寄 与 率 を α=0.3に 固 定 し,. 大 気 乱 流 せ ん 断 応 力 の寄 与 率 β を次 式 の よ う に表 わ す こ. ト項 と のバ ラ ンス 関 係)に. と と した.. る. 図‑4に は,10m/s以. 強 く依 存 して い る こ とが わ か. 上 の高風 速成分 の場 合の砕 波せ ん. 断 応 力 τbrの寄 与 率 を次 式 で 仮 定 した 場 合 の 実 験 結 果 の. (5). 風 速 依 存 性 を示 す.. (6) こ こ に,寄 与 率 の変 化 す る風 速 の範 囲 を表 わ すU1,U2は. これ よ り,こ の モ デ ル で評 価 さ れ る砕 波 せ ん 断 応 力 の寄. そ れ ぞ れ10m/s,35m/sを. 与 率 の 平 均 値 は0.287で,水. 想 定 して い る.. 深 が10m以. 0.308と な っ て い る こ とが わ か る.. 深 の場 合 に は.
(3) 328. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 図‑4. 図‑2. 計算 さ れた平 均 流 生成 海 面応 力(SWAN)と3種. 類のバ. ル ク則 か ら得 られ る大気 乱 流場 の海 面せ ん 断応力 と海. 砕波 せ ん断応 力 の寄与 率 と風速 との関係. は海 洋 モ デルPOMを. 用 い る.. 1991年 の サ イ ク ロ ン に よ る高 潮 を 対 象 と し,気 象 場,. 上風 速 との関係. 波 浪 場,海 流(高 潮 場)の 計 算 に は,Domainl(9kmメ シ ュ,中 心 点190N,91°E)とDomain2(3kmメ. ッ ッシ ュ). の2段 階 の ネ ス テ ィ ン グ を 行 っ た.図‑5に. 計 算 領 域 と海. 底 地 形 と陸 上 地 形 を,図‑6に. サ イ ク ロ ン経. はDomain2の. 路 と計 算 水 位 の 出 力 点 を 示 す.POMとSWANは,前. 述. した よ うな 方 法 で,平 均 流 生 成 海 面 応 力 が 砕 波 せ ん 断 応 力 と大 気 乱 流 応 力 と の寄 与 率 に よ り表 示 され て お り,極 浅 海 域 に お い て 砕 波 に よ る平 均 流 生 成 過 程 が 考 慮 さ れ て い る.波 浪 の 伝 播 ・変 形 計 算 に は海 流 に よ る効 果 も考 慮 して い る.ま た,大 気 境 界 層 で の 運 動 量,水 フ ラ ッ ク ス を 介 してPOMとMM5は 外 洋 潮 汐 はNAO99に. Watch III(WW3)を. 合 の 計 算 も行 ってSWANの. 用 い た場. 結 果 と比 較 した.図‑7に,. 1991年 の4月29日18:00のSWANとWW3の. 図‑3. 熱. よ り計 算 す る.. 波 浪 計 算 と して,Wave. 算 結 果 を 示 す.WW3を. 蒸 気,潜. 相 互 作 用 して い る.. 有 義 波高 の計. 極 浅 海 域 に適 用 す る 場 合 に は,. 水 深 に 規 定 さ れ る 砕 波 減 衰 が考 慮 され て い な い た め,浅 抵 抗係 数 の風速依 存性. (数値実 験 の結果 と3種類 のバル ク則 との比 較). 海 域 で 異 常 な波 高 が 計 算 さ れ,ベ. ン ガ ル湾 の よ うな 場 の. 波 浪 計 算 に は適 用 で きな い こ とが わ か る. 図‑7のSWANの. 計 算 結 果 か ら得 られ る砕 波 減 衰 項 か ら. 計 算 さ れ た 砕 波 せ ん 断 能 力 の平 面 分 布 を 図‑8に 示 す.極 3. ベ ン ガ ル 湾 の 高 潮 の 再 現 計 算 へ の 適 用 こ こで は,上 述 の 平 均 流 生 成 海 面 応 力 τtotalの 定式化 を 用 い,大 気,波. 浅 海 域 が 始 ま るKhal以 北 で の 波 高 減 衰 の 大 き い領 域 に強 い砕 波 せ ん 断 応 力 が作 用 して い る こ とが わ か る.こ れ は, 白波砕 波 と水 深 に 規定 さ れ た砕 波 に よ る波 浪 の エ ネ ル ギ ー. 浪,海 洋 結 合 モ デ ル に よ る ベ ンガ ル の高. 減 衰 が 流 れ に変 換 さ れ る機 構 を表 わ す もの で あ る.こ の. 潮 の再 現 計 算 を行 う.波 浪 推 算 モ デ ル と して は,水 深 に. よ う な極 浅 海 域 に お け る 平 均 流 生 成 海 面 応 力 の モ デ ル 化. 規 定 さ れ る砕 波 減 衰 も考 慮 して い るSWANを. に はSWANが. 象 場 は メ ソ気 象 モ デ ルMM5,海. 用 い る.気. 洋 の平均 流場 の解析 に. 図‑9に,計. 適 して い る と言 え る. 算 され た最 大 潮 位 の 沿 岸 方 向 の 分 布 と そ の.
(4) 329. 極 浅海 域 にお け る高 潮 の数 値解 析 結 果 も示 した.こ. れ らの計 算 結 果 か ら,本 研 究 で示 した. 寄 与 率 を用 い た 計 算 は,2005年. の計 算 方 法 に比 べ大 きな. 差 異 は な い が,深 海 域 で 低 く,浅 海 域 で よ り高 い傾 向 の 結 果 が得 られ,観 測 値 に よ り近 い傾 向 が 再 現 で き る よ う に な った こ とが わ か る.ま た,波 浪 の 影 響 を考 慮 しな け れ ば,ベ. ン ガ ル湾 の 高 潮 は再 現 で きな い こ とが 確 認 で き. る.. 図‑5. 図‑6. 計算 領域 と海 底地 形,陸 上地 形. DOMAIN2に. お け る 計 算 出 力 点 と サ イ ク ロ ン経 路. 出 力 範 囲 お よ び サ イ ク ロ ンの 経 路 を示 す.図 中,太 線(Maximum. Tide)は. い実. 計 算 さ れ た 最 大 天 文 潮 位,黒. 丸. は サ イ ク ロ ン発 生 後 に計 測 され た最 大 浸 水 高 さ か ら求 め た最 大 水 位,破. 線(Additional)は(α=0.1,β=1). と した2005年 の 計 算 方 法(金 (This Approach)は. ・山 下,2005),一. 点 鎖線. 本 研 究 で 示 した 寄 与 率(α=0.3,β. (U10))に よ る計 算 結 果 で あ る.な お,点 線(wind で波 浪 の影 響 を考 慮 しな い場 合(α=0,β=1)の. Only) 計算. 図‑7. 波浪 の再 現結 果.SWANに によ る波高分 布(下 図). よ る波 高分 布(上 図),WW3.
(5) 330. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 4. 結. 語. 本 研 究 で 得 られ た結 果 の 要 約 は以 下 の よ う で あ る. (1) 砕 波 せ ん断 応 力 の寄 与 率 を α=0.3に 固 定 して,大 気 乱 流 せ ん 断 応 力 τaの寄 与 率 βを 風 速 の 関 数 で 記 述 し た 平 均 流 生 成 海 面 応 力 を 提 案 した.(2)大. 気 ・波 浪 ・海. 洋 結 合 モ デ ル に平 均 流 生 成 海 面 応 力 を適 用 し た数 値 実 験 で,せ. ん 断 応 力 の 風 速 依 存 特 性 を 明 確 に した.(3)以. 上. の 計 算 方 法 を ベ ンガ ル湾 に適 用 し,極 浅 海 域 の 高 潮 の数 値 解 析 の 方 法 論 を 示 した. な お,本. 研 究 は,科. (No.183101128)の. 学 研 究 費 基 盤 研 究(B). 研 究 成 果 の一 部 と して 行 った.. 参. 考. 文. 献. 金 庚玉 ・山下 隆 男 (2005):1991年 の サイ ク ロ ンに よ るベ ンガ ル 湾 の高潮 場 の再解 析 一波 浪 ・高 潮結 合 モデ ル によ る 白 図‑8. SWANの. 砕波 減衰 項 か ら計算 され た砕波 せ ん断応 力 の. 平 面 分布. 波 砕波 の影響 評 価‑, 215.. 海 岸工 学論 文 集, 第52巻, pp.211‑. Oey L.-Y., T. Ezer, D.-P. Wang, S.-J. Fan and X.-Q. Yin (2006) Loop Current warming by Hurricane Wilma, Geophys. Res. Lett., 33, L08613, doi:10.1029/2006GL025873. Smith, S.D. and E.G. Banke (1975) Variation of the sea surface drag coefficient with wind speed. Quart. Journal of Royal Meteorological Society, 101, pp.665-673. Smith, S.D. (1980) Wind stress and heat flux over the ocean in gale force winds, J. Phys. Oceangr., 10, pp.709-726.. 図‑9. 計算 され た最大 潮位 の沿岸 方向 の分 布 とそ の出 力範 囲 お よび サイ ク ロンの経路.
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