風の抗力係数パラメータ化の適応：大規模浅水域における波依存性Cdによる流体力学モデルの改善

要旨 風は大規模浅水域の流体力学および水質モデリングにおける重要な駆動力であり、空気と水の界面での運動量伝達を表す風の抗力係数Cdによって特徴づけられます。現代のCd推定のための経験的公式は、海洋で導出されたものであり、その一部は風速U10にのみ依存しています。これらの公式は、内陸湖のモデルにおいて不十分であることが以前に指摘され、水の速度が過小評価される結果を招いています。この問題に対処するために、風のプロファイルと渦面法を使用してCdを測定する物理的スケール実験が設計されました。また、新しい風誘発波依存性Cdパラメータ化も確立され、2つの湖の研究で検証されました。流体力学モデルでは、波依存性Cd公式によって駆動力が修正されました。実験的Cdは、臨界U10 = 1.6 m s−1まで風速と負の相関があり、これは軽風時に以前の経験的外挿の1.0〜3.1倍でした。変動分解結果は、波のパラメータが風のパラメータと組み合わさって、Cdの変動の30％以上を寄与することを示しました。修正された風応力場は空間的に不均一であり、モデル化された水の速度は2つの地点での観測に近くなりました。元のUKLモデルと比較して、重要な主な循環と外側バンク循環がモデル化され、高い表面渦度を伴いました。全体として、波依存性Cd公式は、UKLモデルにおける表面流場の改善を提供し、湖の生態系管理を改善するでしょう。