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海底地形が砕波をどのように形作るのか(Surf’s Up: How the Seafloor Shapes Breaking Waves)

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2026-09-02 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

米カリフォルニア大学サンディエゴ校スクリップス海洋研究所の研究チームは、海底地形と沖合の波高が砕波の形状や、沿岸の砂を移動させる乱流をどのように決定するかを明らかにした。研究では、2次元・完全非線形のポテンシャル流モデルを用いて、異なる海底勾配と波高の条件で波が浅海化し、せり上がって砕ける過程をシミュレーションした。その結果、急な海底勾配では、より大きく水平に近い反転波と厚い水塊ジェットが生じ、緩やかな勾配では小さく傾斜した反転波と細いジェットが形成されることが判明した。さらに、海底勾配と沖合波高から、砕波の大きさ、形状、角度、ジェットの寸法などを予測できる関係を導出した。砕波時にはジェットの位置エネルギーが乱流や気泡へ急速に変換され、その乱流が砕波帯での砂の浮遊・輸送を促進することも示された。

<関連情報>

浅瀬を転覆する孤立波の形状を捉える Scaling the shape of shoaling and overturning solitary waves

Kanoa Pick and Falk Feddersen

Journal of Fluid Mechanics  Published:27 July 2026

DOI:https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11869

Abstract

海底地形が砕波をどのように形作るのか(Surf’s Up: How the Seafloor Shapes Breaking Waves)

The shape of depth-limited overturning waves strongly influences turbulence and sediment transport in the surf zone. Bathymetric slope s and initial wave height H0⁡/ℎ0 are key parameters that govern wave overturning shape, yet their effect has not been quantified. We use a two-dimensional fully nonlinear potential flow model to study shoaling and overturning solitary waves across a range of s and H0⁡/ℎ0 representing spilling and plunging waves. Near-constant domain volume and energy demonstrate the model’s accuracy. Gentler slopes yield smaller, more inclined overturns with thinner jets, whereas steeper slopes produce larger, more horizontally inclined overturns with thicker jets. Wave breaking and overturning parameters such as breaker depth index, overturn area, jet area, aspect ratio and overturn angle are examined. Non-dimensional overturn and jet areas increase with steeper slopes and smaller H0⁡/ℎ0. Aspect ratios increase similarly but more slowly, while overturn angles shift from inclined to horizontal. A scaling parameter s /(H0⁡/ℎ0)1/4 scales these wave breaking and overturning parameters well. During shoaling, front-face wave steepening occurs more rapidly for larger slopes and smaller H0⁡/ℎ0. Wave overturn shape is linked to wave steepening rate, which also scales with slope and H0⁡/ℎ0. Empirical expressions for overturning parameters and wave steepening rate are found. The jet potential energy, related to the wave dissipation at jet impact, is a strong function of jet area, linking overturning wave shape to the turbulence that drives sediment suspension and transport.

0904河川砂防及び海岸海洋
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