2014 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
24740316
|
|---|
| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
|---|
Principal Investigator |
杉山 耕一朗 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 研究員 (60463733)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 雲対流 / 惑星大気循環 / 巨大ガス惑星 / 木星型惑星 / 数値計算 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成 26 年度は雲解像モデルの改良および数値実験を実施した. 木星・土星・天王星を想定した水平鉛直 2 次元の数値計算を実行することで, 準平衡状態での雲対流の特徴を得た. 土星条件と天王星条件の計算結果は、メタンの雲の有無を除き定性的に似ているため, 以下では土星条件の結果を示す.
土星条件の計算結果の大きな特徴は, 強い対流が発生する時期において湿潤対流層 (0.1 < p < 10 bar) の上部に強い下降流が多数見られることである. その大きさは 50 m/s 程度である. 湿潤対流層では H2O 雲の雲底付近と対流圏界面付近を除く広い範囲で鉛直速度の歪度が負となっていることからも, 湿潤対流層上部において下降流が卓越することは明らかである. 強い下降流が存在するという特徴は, 狭くて強い上昇域と広くて弱い下降域によって特徴づけられた木星条件の計算結果と対照的である. 土星条件において下降流が卓越するのは以下の 2 つの理由による. 1 つは対流運動が対流圏界面付近の冷却層 (0.1 < p < 2 bar) によって駆動されるためである. もう 1 つの理由は, 対流圏上部の温度は木星大気よりも土星大気の方が低温だからである. 土星大気では H2O の凝結がより下層 (高圧) で始まる. 木星大気の H2O 凝結高度は約 4 bar であるのに対して, 土星大気での H2O 凝結高度は約 10 bar である. 湿潤対流層の上部では H2O 混合比がほぼゼロとなるため, その高度領域では H2O の凝結潜熱の寄与が小さくなり, 狭くて強い上昇域と広くて弱い下降域という湿潤対流の特徴が失われる.
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
雲解像モデルの定式化変更に伴う影響評価に想定よりも時間がかかってしまったが, 数値実験の実施および計算結果に関する考察を行うことができた.
|
| Strategy for Future Research Activity |
木星・土星・天王星のそれぞれについて, 長時間の雲対流計算を実行することで, 統計的平衡状態での平均的大気構造および流れ場の描像を得る. これまでの研究 (Sugiyama et al., 2009, 2011, 2014) と同様に, 系を水平鉛直 2 次元に限定した長時間の数値積分を実施する. さらに, 特徴的な時刻を複数選んで水平鉛直 2 次元の数値計算結果を初期値とした 3 次元の数値実験も実行する予定である.
数値計算の実行においては凝結性成分気体の存在度をパラメタとして扱う. また, 本実験では放射は陽に解かず, 放射強制の代替として水平一様で時間変化しない熱強制を与える. 得られた結果を元に, 鉛直一次元の平衡雲凝結モデルの結果との比較検討を行い, 運動や雲微物理過程を陽に扱うことによって初めて得られる平均的大気構造の特徴の抽出と解釈を行う. それと同時に数値実験によって得られた結果の比較検討を行う. 具体的な議論のポイントとしては以下が挙げられる. 1) 得られた平均的大気構造と流れ場の凝結性成分気体存在度に対する依存性を議論する. 2) 天王星では CH4 の凝結に伴う安定層の強度は H2O の凝結に伴うものより大きいことが予想されているため (Sugiyama et al., 2006), その安定層が平均的大気構造や流れ場に与える影響を議論する. 3) 木星以外の惑星においても積雲活動が間欠的に生じるか否かを確認し, 間欠性が存在する場合には Sugiyama et al. (2014) で議論した間欠性のメカニズムが共通であるか議論する.
|
| Causes of Carryover |
旅費もしくは計算機関連の消耗品費として十分な金額ではなかったため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度助成金と合わせて，計算機関連の消耗品費として支出する予定である．
|
| Remarks |
地球流体電脳倶楽部 deepconv プロジェクト
http://www.gfd-dennou.org/library/deepconv/
|
-
-
-
-
[Presentation] 木星大気の雲対流と大気構造2014
Author(s)
杉山耕一朗, 中島健介, 小高正嗣, 倉本圭, 林祥介
Organizer
日本気象学会 2014 年度秋季大会
Place of Presentation
福岡国際会議場 (福岡県)
Year and Date
2014-10-21 – 2014-10-23
-
-
-
-
-
-
[Presentation] 木星の大気構造2014
Author(s)
杉山耕一朗
Organizer
巨大惑星系研究会
Place of Presentation
東京工業大学 地球生命研究所 (東京都)
Year and Date
2014-04-14 – 2014-04-14
Invited
