成果概要
台風下の海表面での運動量・熱流束の予測と制御[1] 抗力係数と熱輸送係数のモデル作成と海面フラックス変化による台風制御の可能性検証
2024年度までの進捗状況
1. 概要
近年、台風進路の予測精度は向上していますが、その強度の予測精度は向上していません。その主な原因の一つとして、高風速で荒れ狂う台風下の海表面における運動量や熱の輸送機構が複雑で、台風強度の予測に必要な輸送量（フラックス）のモデル化が非常に難しいことが挙げられます。台風下の海表面では、大気と海面の摩擦抵抗や、温められた海面から大気への熱の輸送など、エネルギーの輸送が台風の強度や進路に大きな影響を及ぼすと考えられます。
本プロジェクトでは、世界でも最大規模の台風シミュレーション水槽（図１）を用いて、台風に匹敵する高風速の条件下で、大気と水面の間でやり取りされる熱や運動量の輸送量を正確に見積もる実験式をつくり、さらに海水面状態を変化させることで台風の制御（弱体化）が可能であるかどうかを海洋研究開発機構で開発されたMSSG（Multi-Scale Simulator for the Geoenvironment）モデルを用いて明らかにしていきます（図２）。
2. これまでの主な成果
① 水面状態を変化させた実験
界面活性剤水溶液を水槽に入れた状態で、実験を行い、高風速下での計測を実施しました（図３）。界面活性剤によって表面張力は低下し、気液界面でのエネルギー輸送が変化する可能性が示唆されました。また、従来知見よりも薄い濃度の界面活性剤でも、同程度の効果を得ることができることが示されました。
② 提案された実験式による数値シミュレーション
水槽実験から提案された新規モデルを利用し、界面活性剤による介入効果の感度実験を実施しました。その結果、台風の進路は界面活性剤の有無によってほとんど変化はないものの（図4）、台風中心が介入領域に入っているときに台風強度が増加することが確認されました。また、介入領域の範囲について検証を実施したところ、介入領域の幅が小さい場合には介入効果が弱まることが示されました。また、更なる解析の結果、介入効果は介入により影響を受ける高風速域の面積の違いに影響されると考えられました。
3. 今後の展開
研究の結果、海表面フラックスの制御が台風という巨大な気象現象に介入し得る手段の一つとなることが示されました。ただし、フラックス制御を行うために界面活性剤を用いると、非現実的な量の投入が要求されることが示唆されており、加えて環境影響も無視できません。今後は界面活性剤とは異なる介入手段についても検討を進めます。