環境流体システム学研究室
－大気海洋をフィールドとするエネルギー環境流体工学－

• 大気-海洋間のCO₂交換機構に関する流体工学的研究
• 沿岸海洋環境の観測と生態系シミュレーション
• 漁海況予測システムの開発-ICTを活用したスマート漁業の実現に向けて-

研究紹介

環境流体システム学
大気海洋をフィールドとするエネルギー環境流体工学

当研究室では，大気・海洋で起こる様々な現象について，室内実験，現地観測，数値シミュレーションなどの様々な手法を用いて研究を行っています．特に，大気-海洋間における運動量やCO₂の交換機構に関わる海面境界過程の解明や沿岸海洋のCO₂固定量の評価，赤潮や貧酸素水塊といった沿岸生態系に悪影響を与える現象の発生原因の解明およびその対策技術の立案を目指しています．また，沿岸海洋環境が近い将来どのように変わっていくかを評価する海況予測システムの開発も行っています

大気-海洋間のCO₂交換機構に関する流体工学的研究

大気中に放出されたCO₂を海洋がどのような機構で吸収・固定するかを明らかにすることは，地球温暖化の対策・予測において大変重要です．海面近傍で起こるミクロな現象が，グローバルな気候システムに大きな影響を与えています．本研究室では，流体工学の立場から，海面を通してのCO₂吸収機構を，実験，観測，数値シミュレーションにより明らかにする研究を推進しています．また，沿岸海洋を対象として，海洋生態系によるCO₂固定（ブルーカーボン）の実態解明を目指しています

風波界面におけるCO₂交換機構に関する実験的研究

海面には普遍的に風波（風からエネルギーをもらっている波）が存在しており，その発達状態や砕波状態はガス交換速度に大きな影響を及ぼすことが予想されています．しかし，ガス交換速度の波浪依存性やどのような風波特性量によって記述できるのかについてはよくわかっていません．本研究室では，ガス交換や運動量交換など，実海洋の界面物質移動に関わる物理過程の波浪依存性を明らかにするための室内実験・現地観測・数値シミュレーション研究に取り組んでいます．

海面抵抗係数の波浪依存性の解明とそのモデル化

海面抵抗係数は，大気から海洋への運動量輸送を表す物理量であり，その評価はエネルギー海洋学の最も重要な課題の一つです．本研究では，海面抵抗係数が波の発達状態とうねりによってどのように変化するのかを明らかにし，その新しい評価法を構築することを目指します．研究は主に現地観測およびデータ解析，そして室内実験によって行います．写真は京都大学防災研究所の観測塔で行われた現地観測の様子です．

気液界面のCO₂交換を支配する乱流機構の実験的研究

気液界面のCO₂交換を支配している力学的メカニズムはどのようなものでしょうか？平均流がなく，シアーの作用しない振動格子乱流の気液界面近傍をPIV，PTV，LIF を用いて直接可視化することによって，ガス交換を支配する乱流スケールを明らかにすることを目指します．

数値乱流力学に基づく界面物質移動機構のモデリング

流体の力学方程式を物理モデルを用いずに直接解く，直接数値シミュレーション（DNS）を用いた気液界面における熱やCO₂などの界面物質移動機構の研究を行っています．開水路乱流場における界面物質移動の精緻な検討を行った結果，界面フラックスを増大させる乱流渦の中心間距離はTaylor micro scale λ で表すことができ，ガスフラックスはそれらの乱流渦で挟まれた領域で増大します．

沿岸海洋環境の観測と数値生態系シミュレーション

現地観測とFVCOM(Chen et al., 2003)という数値モデルをベースにした数値生態系モデルを開発・適用することにより、沿岸海洋で発生する赤潮や貧酸素水塊といった環境問題の発生原因およびその有効な対策について研究しています。また、発生をあらかじめ予測する技術の開発を行っています。

内湾や沿岸海域の海況予測システムの開発-スマート漁業の実現に向けて-

日本の沿岸漁業や地方の漁村は厳しい状況に置かれています。梅雨時期の大雨などの異常気象により海況は大きく変化しています。
漁業にとっては「今後海況はどう変わっていくのか」「今漁期は漁にとって好ましい状態となるのか」といった海況予測情報が極めて重要であり、漁場形成は海況変化と密接に関係しています。本研究では様々な関係機関と連携して、次世代スマート沿岸漁業技術を開発、推進しています。特に、当研究室では複雑な地形を有する沿岸海域の海況変化を正確に予測するため、高解像度海況予測モデル（UCHI）の開発を担当しています。