2014 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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| Research Institution | The 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 | 乱流 / Large Eddy Simulation / 直接計算 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、水滴の相変化が流れ場に与える影響を定式化し、次世代の気象モデルの基盤部分を構築することを目的とする。現在の気象モデルは、大気場を格子状に離散化し、格子内に含まれる水の密度（水滴の大きさや個数）を解く。即ち、格子内の水滴の大きさなどの分布の時間発展を考えているため、相変化による流れ場への影響は、格子幅よりも大きな空間スケールにのみ与えられる。現在の気象モデルでは格子幅が数km、次世代の気象モデルとして期待されるLarge Eddy Simulation（LES）モデルでも数100 m程度であり、相変化による流れ場への影響を全く含んでいないと考えられる。そこで本研究では、水滴の相変化による流れ場への影響を定式化し、既存のLESモデルに加えた“湿潤LESモデル”を構築する。具体的には、(A)“空気＋水滴”直接計算（Direct Numerical Simulation: DNS）モデルを構築し高精度の数値実験を行う。(B)理論的考察を基に定式化を行って、(C)湿潤LESモデルを構築する。
昨年度までに、数値実験のためのDNSモデルを構築でき［目標(A)］、理論的考察［目標(B)］に必要な知見である「離散系で再現され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。
（１）“空気＋水滴”DNSモデルの大部分を構築した。
（２）実現象として、水の相変化の影響が大きい湿潤対流や層積雲、台風に着目して、その現象が相変化を通して駆動する機構を調べた（Miyamoto et al. 2014, 2015a）。
（３）離散化した系での線形安定性解析を行うことで、理論的に解像度依存性の議論を行うことができることを提唱した（Miyamoto et al. 2015b）。この研究は目的(B)の定式化において重要となる。
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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）“空気＋水滴”DNSモデルを構築して、現在このモデルを用いた数値実験を実行中である。申請書の順番とは逆に、定式化の前にモデル化を行ったのは、全ての数値実験に必要な時間が予想よりも多かったためである。これまでに、数値実験結果と室内実験・観測結果の比較から、構築したDNSモデルが現実的な計算を行っていることが検証できた。また、(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。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、(A)の直接計算モデルを用いて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し、また、(B)理論的考察からの定式化を重点的に行う。ここで得られる式系と擬似観測データを基にして、水滴の相変化が流れ場に与える影響をパラメタリゼーション化する。そしてこのパラメタリゼーションを既存LESモデルに適用することで、本研究の最終プロダクトである湿潤LESモデルを構築する。
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| Causes of Carryover |
今年度末から来年度初頭にかけて、論文が受理される可能性があったため、その出版費用のために残額を次年度に継続した（2015年3月に受理, Miyamoto et al. 2015b）。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
論文の出版費用に使用予定。
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[Presentation] Examining impacts of a global warming on the development rate of tropical cyclone intensity using a global non-hydrostatic model2014
Author(s)
Yamada, Y., C. Kodama, A. Noda, M. Nakano, M. Sugi, T. Nasuno, K. Oouchi, M. Satoh, M. Sawada, Y. Miyamoto, H. Yashiro, and H. Tomita
Organizer
AOGS 11th Annual Meeting
Place of Presentation
Sapporo
Year and Date
2014-07-28 – 2014-08-01
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