アンモニアの凝結・化学反応・水溶液の詳細計算から迫る木星大気の雲対流構造
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21K03651
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
杉山 耕一朗 松江工業高等専門学校, 情報工学科, 准教授 (60463733)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 健介 九州大学, 理学研究院, 助教 (10192668)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 木星大気 / 雲対流 / 雲解像モデル / 惑星大気 / 数値モデリング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は近年のミリ波・サブミリ波によるリモート観測に基づいて推定されたアンモニア蒸気の分布を切り口とし，雲対流の動的数値シミュレーションによって厚い雲に覆われた木星の大気構造に迫るものである．物質の熱力学的特性に着目した従来の研究で議論されてきたアンモニアの凝結物・化学反応生成物・水溶液の全てを取り込むことで雲解像モデルの予言能力を高め，木星大気の温度や凝結成分の鉛直プロファイルに制約を与えることを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はアンモニアの凝結・化学反応・水溶液の詳細計算の実現と，これを組み込んだ雲解像モデルによる動的数値シミュレーションによって，厚い雲に覆われた木星の大気構造に迫ることを目的とする．アンモニアの詳細計算モジュールは多成分多相系の取り扱いが可能となるように，ギブス自由エネルギー最小化法に基づいて定式化する．この方法は平衡組成はギブス自由エネルギーの最小化された状態として決まることを用いており，温度・圧力を与えた時にギブス自由エネルギーが最小化される系の組成を元素数保存の条件下で反復的に求める．この方法を採用することで，アンモニアの凝結物・化学反応生成物・水溶液の存在度を平衡大気組成として一度に解くことができる．アルゴリズムとしては制約付き最適化法の 1 つである RAND 法を用いる．
当該年は本研究を実現するために必須となるプログラム群の開発に注力した．1 つ目はアンモニア詳細計算モジュールの開発であり，単体テストを段階的に実施してきた．多成分多相系で化学反応と水溶液の生じる条件下での計算について精度向上と速度向上を実現すべく改良を加えている．2 つ目はアンモニア詳細計算モジュールを組み込む先の雲解像モデルの改良である．雲解像モデル内の凝結性成分の取り扱い方法を改良することにより，プログラムの構造がシンプルで読みやすくなり，かつ計算速度向上も見込めると考え，雲解像モデルのプログラム改良も実施している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
アンモニアの詳細計算モジュールと，モジュール組み込み先である雲対流モデルの両方に対して，リファクタリングの必要が生じた．その作業に手間と時間がかかっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度は，継続事項であるアンモニアの詳細計算モジュールの開発と雲解像モデルの改良に目途を付ける．テスト計算を繰り返し実施した後に，雲解像モデルによる動的数値シミュレーションの予備的実験に着手する．
翌々年度は，計算領域を2次元とし，アンモニアなどの凝結成分の存在度をパラメタとした動的数値シミュレーションを多数実行する．個々の雲の生成消滅の様相，ならびに雲の生成消滅が繰り返された結果として実現する温度・成層構造，物質分布，流れ場を掌握し，雲対流構造の特徴ならびにアンモニア蒸気の空間分布を凝結成分の存在度というパラメタ上に位置付ける．最終的には動的数値シミュレーションで得られたパラメタ依存性を従来の理論的研究や探査機などの観測結果と比較し，厚い雲に覆われた木星の大気構造に迫ることを目指す．
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
