Global distribution of the density of sea water is maintained primarily by polar cooling and tropical heating together with polar precipitation and subtropical evaporation at the sea surface. This thermohaline forcing drives a global convection called the deep ocean general circulation. Carried by the circulation, sea water goes around the world oceans on a time scale as long as 1000 years, the longest time scale of the fluid earth. The deep circulation therefore is supposed to dominate the long-term variability of the climate of our aqua-planet.
Long history of oceanographic study has accumulated a vast amount of hydrographic data and established rather reliable though rough global maps of water properties in deep oceans, such as temperature, salinity, dissolved oxygen, silica, nutrients, and so on. Details have been known only little, however, on how water actually circulates in the world oceans from the surface to the bottom, from polar to tropical regions, and from west to east or vice versa, though recent hydrographic explorations have gradually revealed finer structure of circulation. Much less has been understood about what dynamics is responsible for the present state of deep circulation and distribution of water properties.

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密度成層風洞において鉛直方向に一定の密度勾配を有する安定成層流を生成し, その中での2次元水平円柱まわりの流れを調べた.成層度を示す無次元パラメータk_d (=Nd/U, N : ブラント・バイサラ振動数, d;円柱直径, U : 流速) は0～2.0の範囲で, レイノルズ数は3.5×10³～1.2×10⁴の範囲である.k_dの変化に対し, 円柱の近傍後流パターンを可視化観察し, 後流速度変動を計測した結果, 次の二つの現象が見いだされた.第1は, k_dが大きくなる (成層度が強くなる) につれ, 円柱の渦形成・放出がk_d=0 (中立流) の場合に比べ徐々に強くなり, ストローハル数が低下する.この理由は, 安定成層が円柱周囲流の2次元性を高め, はく離せん断層のより強い巻き込みを実現させるためと考えられる.第2は, あるk_dで, 最も強くなった円柱の渦形成・放出は突然抑制され, 遠くで弱い渦形成を行うパターンへ急変し, 高いストローハル数へジャンプする.この原因は円柱下流に定常風下波が発生し, 鉛直方向の流体運動を強く抑制するためと考えられる.

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側岸に死水域 (2次元キャビティ) が存在する場合の, 開水路流れの非定常特性について実験的, 数値解析的に考察した.正方形 (15cm×15cm) 死水域を設けた水理実験により, 境界面付近にはせん断不安定に起因しセイシュの影響を受けた周期的な大規模渦が発生し, 周期的な流速変動が生じることを確認した.このような流速場の非定常特性を, 比較的簡単な開水路流れの平面2次元モデルの数値解析により再現した.計算結果より死水域内の主循環流と隅角部の副循環流, および主流・死水域境界面の大規模渦の再現が確認されるとともに, せん断不安定に起因する渦はセイシュ (死水域内の水面振動) と共鳴した場合に大規模な渦へと発達するが, セイシュと共鳴しない渦は発生直後に消滅すること, また, 渦の規模, 渦の発生位置等については実験結果と多少相違することが示された.

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Prandtl (1952) のモデルを基礎とする冷気流モデル (上端境界条件は摩擦のない固体壁を仮定する) の安定性をLindzenら (1985, 1986) の過剰反射の規準に基づいて, また3次スプライン補間を用いる数値計算により調べた.
擾乱モードには主に主流の変曲点効果により生ずるものと, 温位勾配の符号の変化に原因するRayleigh-Taylor型の不安定によるものがある.また後者の不安定による擾乱には冷気流モデルに固有な2種類のモードが存在する.
臨界レイノルズ数Re_cは傾斜χの減少 (成層効果の増大) とともに増加する傾向にあり, 傾斜が2.5°≦χ≦10°のときは, 平均Richardson数 (Ri_o=2cot χ/Re_c) により, 擾乱発生の条件を近似的にRi_o〓0.023と与えることができる.

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地下鉄トンネル内で, 列車の非定常運動が誘起する気流を「地下鉄の風」と呼ぶ.地下鉄系内のように閉塞された空間では, 気流速度が音速に比べて十分小さい場合であっても, 「地下鉄の風」の発生には気体の圧縮性が重要な役割を果たす.この圧縮性の指標となるのは, トンネルの断面積に対する列車面積の比, 閉塞率である.閉塞率が1に比べて小さくなると気体の圧縮性は重要ではなくなるが, 地下鉄系は気流の発生に関して気体の圧縮性が重要な役割を果たす領域と, そうでない領域の中間に位置する.この中間領域において, 巨視的な「地下鉄の風」が誘起される機構を, 運動する列車近傍における微視的な気流密度, 速度のゆらぎの振舞いを理論的に取り扱うことによって説明した.この理論に基づく計算結果は, 模型実験の結果とよく一致する.

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