総合研究大学院大学天文科学専攻

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天文学特別講義Ⅵ / Special Lecture Ⅵ

地球流体力学--回転成層流体中の波および平均流とその応用

Geophysical fluid dynamics-- wave and mean flow in rotating stratified fluids and their applications

担当者:林 祥介(共通基礎天文学系、神戸大学)
Lecturer: Yoshiki Hayashi

講義の位置づけ / Method

主題講義
Lecture

聴講指定等/ Kinds of Registration

〔選択〕、〔5年共通〕、単位互換〔総研大研究科共通、東京大学〕
an elective subject, Student exchange agreement applicable

概要 / Description

前半は気象・海洋現象の物理的基礎を与える, 地球流体力学, すなわち, 回転成層流体の流体力学の分野で発展してきた基本的考え方と, その中でも特に, 波と波の運動量・エネルギーおよび波と平均流との相互作用の概念を解説する. シアー不安定はこれらの概念で説明される. 後半では惑星大気の大循環や縞状構造の生成問題に関して, 前半で解説した波動理論を適用して物理的な解釈を与える.
In the former part of the lecture, some basic concepts of geophysical fluid dynamics (GFD), i.e., dynamics of rotating and/or stratified fulid, which have been developed in the fields of meteorology and oceanography, and give fundamental basis for their description, are explained. Wave theory is a key concept; momentum and energy of waves and interaction between waves and mean flows are described and shear instability is explained from those concepts. In the latter part, general circulations of the planetary atmospheres, and emergence of banded structures are physically interpreted by applying the wave theories discussed in the former part.

達成目標 / Leaning Goals

波の運動量・エネルギーおよび平均流との相互作用の概念を理解すること
To understand conceptions of momentum and energy of waves and interaction between waves and mean flows.

受講要件等 / The Requisite for attending

特になし, 流体力学の知識があれば望ましい.
No special requirement for attending, but it is desiable that the attendants have knowledge of fluid dynamics

履修上の注意 / Notes

特になし
Nothing

授業計画 / Schedule

第 1回 2月15日
回転系での基礎方程式, 回転成層流体の基礎特性
Governing equations in a rotating frame of reference, Fundamental characteristics of rotating stratified flows.
第 2回 2月15日
テイラープラウドマンの定理, 地衡流バランス, 温度風バランス, ポテンシャル渦度保存則, 準地衡流近似方程式, 浅水方程式
Taylor-Proudman theorem, Geostrophic balance, Thermal wind balance, Conservation of potential vorticity, Quasi-geostrophic approximation, Shallow water system.
第 3回 2月15日
波動論入門
Introduction to wave theory
第 4回 2月16日
地球流体における波動(音波, 内部重力波, ロスビー波)
Waves in geophysical flows (sound waves, internal gravity waves, Rossby waves)
第 5回 2月16日
波の運動量・エネルギー, 波と平均流相互作用(内部重力波), (準2年振動)
Momentum and energy of waves, interaction between waves and mean flows (internal gravity waves), Quasi-biennial oscillation.
第 6回 2月16日
波の運動量・エネルギー, 波と平均流相互作用(ロスビー波), (成層圏突然昇温)
Momentum and energy of waves, interaction between waves and mean flows (Rossby waves), Sudden stratospheric warming.
第 7回 2月17日
シアー不安定: 波の共鳴・波の過剰反射
Shear instability: wave resonance and overreflection
第 8回 2月17日
惑星大気大循環入門, 縞状構造生成問題, ラインズ効果, ロスビー波の運動量輸送
Introduction to general circulation of the planetary atmospheres, Emergence of banded structure, Rhines effect, momentum transport of Rossby wavesD

教科書、参考書等 / Reference Books etc.

* Pedlosky, J., 1987: Geophysical Fluid Dynamics, Springer-Verlag, 710pp.
* Vallis, G. K., 2006 : Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, Cambridge University Press, 745pp.
* 木村龍治, 1982: 地球流体力学入門, 東京堂出版, 247pp.
Kimura, R., 1982: Introduction to Geophysical Fluid Dynamics (in Japanese), Tokyo-do Shuppan, 247pp.
* Cushman-Roisin, B., 1994: Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall College Div, 336pp.

成績評価の方法と基準 / Evaluation and Grading Policy

授業中に出される課題に対するレポートによる
Grading is evaluated with the report on the problems proposed in the lecture.


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