風波飽和度の概念に基づく海面摩擦係数測定データの再評価

Abstract

海面摩擦係数の測定は, 風洞水槽実験や海洋観測塔などの海洋観測によって行われてきた。ここでは風波飽和度という新しい概念を導入し, これまでの測定データを再評価する。風波飽和度は本来, 風波スペクトルから算出されるものであるが, これまでの測定では風波スペクトルのデータが十分得られていない。風と局所平衡状態にある有義波高と有義波周期の間に成り立つ3/2乗則を用いることによって, スペクトル解析が得られない場合の風波飽和度を提案した。従来の海面摩擦係数測定データを風波飽和度を用いて再評価した結果, 海面摩擦係数と風波飽和度との間には負の相関関係があることがわかった。風波飽和度が小さくスペクトルが局所平衡に達していない風波では, 海面摩擦係数が大きく運動量輸送が活発であるのに対し, 風波飽和度が大きくなると局所平衡状態に近づき運動量輸送が少なくなり, 海面摩擦係数が小さくなるものと理解される。

Traditional measurement data of sea-surface drag coefficient have been re-evaluated based on a new concept of the windsea saturation ratio. The saturation ratio of wind wave spectrum is calculated by using spectral analyses in principle, however this parameter derived by the 3/2 power law gives us the saturation ratio without spectral analyses by using the significant wave height and period. It is found that a negative correlation between sea-surface drag and the windsea saturation ratio exists. The relation can be explained that the windsea conditions not in local equilibrium with the wind affect the momentum exchange rate from the wind to the waves, so the sea-surface drag varies in proportion to the momentum exchange rate.