2013 Fiscal Year Research-status Report
水物質の相変化と流れの相互作用を解く次世代気象モデルの構築
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25800266
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
宮本 佳明 独立行政法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 基礎科学特別研究員 (90612185)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 大気乱流 / Large Eddy Simulation |
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| Research Abstract |
本研究では, 理論的考察を基に湿潤過程を含む支配方程式系を定式化し, 水物質の相変化に伴うエネルギー変化過程を加味した, 次世代のスタンダードとなる気象モデル（Large Eddy Simulation: LESモデル）を構築することを目的としている。この目的のため、まず(A)空気中に水滴の存在を陽に解く“空気＋水滴”直接計算（Direct Numerical Simulation: DNS）モデルを構築し、LESよりも高精度の数値実験を行って擬似観測データを得ると共に、(B)理論的考察を基に既存LESモデルに湿潤過程を含めた定式化を行う。そして、(C)理論的考察・数値実験の結果から湿潤LESモデルを構築する。
昨年度は、数値実験のためのDNSモデルの根幹部分を構築し、定式化に必要な知見である「物理現象に対する格子幅の影響」を理論的・数値的に調べた。具体的には
１、“空気＋水滴”DNSモデルの根幹部分となる、空気を解く直接計算コードを構築した。
２、水の相変化の影響が大きい気象現象である深い湿潤対流や台風が、格子幅によって構造が変化することを示し、現象を現実的に解くために必要な解像度を示した（Miyamoto et al. 2013, 2014 submitted）。
３、流体の方程式中の空間微分を離散化した系での線形安定性解析を行い、微分を有限差分で近似した離散系においては、微分形の式系で得られる解（波数）よりも高い波数が卓越することを発見した（Miyamoto et al. 2014 in preparation）。これは、これまで幅広く（定性的に）考えられていたものと逆の結果であり、目的(B)の定式化においても重要な知見となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度までに（A）直接計算モデルの根幹部分を構築し、及び、(B)理論的考察に必要な基礎的知見（離散系における現象の格子幅依存性）を得た。申請書の研究目的に記載した内容である、湿潤過程の定式化を終了することはできなかったが、定式化に必要となる基礎理解を得ることができたため、本年度以降定式化に進むことができる。また、本年度以降行う予定であったモデル構築を昨年度から開始した。そのため、次年度以降のモデル構築のための時間を定式化に費やすことができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、(A)の直接計算モデルを完成させ、パラメータを系統的に変化させた数値実験を行って擬似観測データを作成すること、及び、(B)理論的考察からの定式化、の二点を重点的に行う予定である。昨年度に得られた知見を基に定式化を進める。一方、申請書では今年度より開始する予定であった直接計算モデルの構築を、計算機資源の関係上昨年度から開始した。そのため、今後モデル構築に予定していた時間を、定式化作業に充てることができる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
昨年度末に論文が受理され、その出版費用が本年度初めに必要となることから、残額を今年度に継続した。
今年度始めに必要となる論文の出版費用として使用する予定である。
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