回転軸が鉛直方向から傾いた系における
sin型水平シア流と熱対流の相互作用

齊藤直彬, 石岡圭一 (京大・理・地惑)

(Received 17 July 2009; in revised form 8 September 2009)

Abstract:

惑星の低緯度域を念頭に置き、回転軸が鉛直方向から傾いた系におけるsin型水平シア流中の熱対流に関して、杉綾模様状に並んだロール状対流による平均流の加速メカニズムの解明を目指した研究を行った。

非線形時間発展を行った結果、$Ta=0$及び$Ta=10^4$の場合($Ta$=テイラー数: 系の回転の速さの指標)は平均流に平行なロール状対流や杉綾模様のロール状対流は見られなかったが、系の回転が速い $Ta=3\times 10^4$及び$Ta=10^5$の場合は平均流方向に伝播する波形のセル状対流や杉綾模様のロール状対流が現れた。 $Ta=3\times 10^4$の場合は平均流が加速されたが、$Ta=10^5$の場合はほとんど加速が見られなかった。 $Ta=3\times 10^4$及び$Ta=10^5$の場合の初期場について線形安定性解析を行った結果、杉綾模様の構造は初期場の持つ最も不安定な固有モードの構造に対応していることが明らかになった。さらに、固有モードの二次効果を解析することにより、平均流の加速への寄与は、Hathaway & Somerville(1987)の言うような運動量の直接輸送の効果よりも、二次的に生成される鉛直流に働くコリオリ力の効果の方が大きいことが明らかになった。この効果をさらに詳細に分析することにより、まず擾乱による熱輸送が浮力偏差を生み、その浮力偏差が鉛直流を生成し、その鉛直流にコリオリ力が働き平均流を加速する、という過程が最も重要であることを示した。