2002 Fiscal Year Annual Research Report
大気境界層における乱流の空間構造とその時間発展に関する研究
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13640437
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
堀口 光章 京都大学, 防災研究所, 助手 (60190253)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 裕彦 京都大学, 防災研究所, 助教授 (60263159)
林 泰一 京都大学, 防災研究所, 助教授 (10111981)
植田 洋匡 京都大学, 防災研究所, 教授 (70026186)
伊藤 芳樹 (株)カイジョー, 技術戦略室, 室長
橋口 浩之 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 助教授 (90293943)
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| Keywords | 大気境界層 / 乱流 / 組織構造 / ラージエディシミュレーション / ウェイブレット変換 / 運動量フラックス |
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| Research Abstract |
境界層乱流中に組織的構造が存在し,乱れの生成と乱流輸送に大きな寄与をなしていることが室内実験と数値実験により調べられてきている。ここでは,乱流の構造についてあまりよく調べられていない中立成層状態における現実の大気境界層を対象とし,観測と数値実験により乱流の空間構造とその時間発展について調べた。
観測は京都大学防災研究所附属災害観測実験研究センター潮岬風力実験所と宙空電波科学研究センター信楽MU観測所において実施した。比較的大きな構造を捉えるために,高度20mでの平均流方向成分の風速値に時間スケール160秒の"Mexican hat"関数による連続ウェイブレット変換を施し平均のパターンを作成すると,上空の強風域が下方へ侵入し,その前面の弱風域が上方へ押し上げられている構造が示される。
数値実験は米国オクラホマ大学ストーム解析予報センターが開発した数値モデルARPS(Advanced Regional Prediction System)をラージエディシミュレーションとして走らせた。初期場としては,中立に近い温位高度分布(最上部では温度逆転層)で,高度30mまでは対数則を満たし,それより上方ではエクマン螺旋を形成する風速高度分布をした水平様な場にランダムな温位擾乱を与えた。積分時間35040秒後の状態を見ると,地表面近くでは平均流方向に伸びた筋状の構造が卓越しており,地上7.5mでは空間スケール720mでそのウェイブレット分散が最大となっている。そのスケールでのウェイブレット係数が極値を持つ位置を中心として平均パターンを作成すると,強風域の構造が地上150m程度から下方へと侵入していることが分かり,また,平均流方向に600m,平均流直交方向に240mという領域での運動量フラックスの大きさを見てみると,残りの領域に比べて大きい値を示す高度範囲は300m程度までに達し,その大きさは最大で1.7倍程度であることが示された。
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