2014 Fiscal Year Research-status Report
メソモデルの高解像度化に向けた新たな大気境界層乱流モデルの構築
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26800246
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
北村 祐二 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (40455275)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 大気境界層 / 乱流モデリング / 解像度依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気境界層で用いられる乱流パラメタリゼーションの手法は，モデルの空間解像度が低い場合にはRaynolds-Averaged Navier-Stokes Simulation (RANS)，解像度が高い場合にはLarge-Eddy Simulation (LES)が適用できるが，いずれの手法も適用できない中間領域が存在することが知られている．本研究課題では，この中間領域に適用可能な乱流パラメタリゼーション手法を構築することを目的に，主に乱流の混合距離の解像度依存性に着目した研究を推進している．
平成26年度は，不安定混合層を対象としてLESを用いたデータベースを構築し，a priori解析と呼ばれる手法を活用して混合距離の解像度依存性を調べた．その結果，混合距離の解像度依存性には非等方性が強く現れることや，従来知られていなかったべき則に従うことが分かった．これらの成果については，国際学会等で発表するとともに学術論文として投稿し，受理された．また，得られた混合距離の解像度依存性をパラメタリゼーションスキームに適用させるため，LESで用いられる定式化の拡張を試み，既往の手法の適用範囲外であっても妥当な結果が得られるかの検証を行った．接地層の表現にまだ課題が残るものの，混合層ではおおむね妥当な乱流輸送が実現されることが示された．
また，不安定時の地表面からの顕熱フラックスを診断する手法についても検討を行い，乱流運動エネルギーを用いた新たな補正手法を提案した．従来の手法では，解像度が高くなるにしたがって弱風時にフラックス量を過大評価していたが，新たな補正手法を適用することにより，解像度によらずに精度よくフラックスを診断することが可能となった．この成果についてとりまとめ，学術論文として投稿した．
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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
当初予定していた不安定混合層を対象としたデータ解析手法の構築は完了し，それを適用したデータ解析や得られた結果の妥当性の検証を行うことができた．不安定混合層に限定すれば，中間領域に適用可能な乱流パラメタリゼーション手法を提案する段階に至っており，おおむね研究計画の通りに進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの解析で得られた混合層での混合距離を接地境界層にそのまま適用しても，温度勾配が弱くなる傾向や地表面での運動量フラックスが過大評価になることで風速が弱くなりすぎる問題が残ることが前年度までの調査で分かっている．こうした課題を踏まえ，前年度までの研究で得られた解析手法の指針に基づいて，主に接地境界層に着目した解析を進める．混合距離の解像度依存性において混合層と接地境界層とで質的に異なる点があるかの検証を行うとともに，乱流フラックス診断において混合距離以外の要因を考慮する必要があるかどうかについて調査する．
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| Causes of Carryover |
前年度交付額については，おおむね当初計画通り予算を執行したものの，電子計算機が当初予定よりも安価に調達できたことや，研究打ち合わせのための国内出張が計画よりも一回少なくなったことで，これらに相当する額が次年度使用額として生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究をより効率的に推進させるためには，成果発表や情報収集のための学会への出席や，大気境界層の数値モデリングの専門家との情報交換のための出張を積極的に行うことが欠かせないため，国内外の出張旅費や学会参加費に係る経費に充てる計画である．また，数値計算を進めるにつれ計算データが増加することから，計算データを保存するためのハードディスクおよびRAIDコントローラを整備する予定である．
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