2015 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 |
大気境界層の数値モデリングで用いられる乱流パラメタリゼーションの手法は，Raynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)とLarge-Eddy Simulation (LES)に大別される．しかし，RANSとLESのいずれもその適用範囲に含まれない中間領域が存在することが知られている．この中間領域はterra incognita(未開の地)と呼ばれている．数値予報モデルの高解像度化に伴い，terra incognitaに適用可能な乱流スキームが不可欠となっている現状を踏まえ，新たな乱流スキームを提案することを目的として本研究を推進している．
今年度は，推定された長さスケールの解像度依存性を経験的関数として同定し，LESの枠組みを拡張することでそれを適用させるための定式化を構築した．新たな定式化に基づく乱流スキームを用いて，terra incognitaを含む様々な水平解像度で数値実験を実施した．従来のLESではterra incognitaでは人工的な対流が卓越するが，新たなスキームでは，セル状対流・ロール状対流のいずれの場合でも，解像度に応じた乱流輸送が再現されることを示した．安定成層となるエントレインメント層についての解析も行い，この領域においても混合層と同様の改善が見られることを確認した．ただし，現状のスキームでは接地境界層の温度勾配の再現性に課題が残ることが明らかとなった．本研究成果は，国内外の学会で発表するとともに，学術誌に論文を投稿した．
また，接地境界層の構造を決めるのに重要な役割を持つ地表面からの顕熱フラックスを診断する際に，モデル解像度によらずに整合的に算出するための手法についても，前年度から引き続き検討してきた．今年度はその成果を取りまとめ，学術誌に投稿し受理された．
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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
新たな定式化に基づく乱流スキームを実装し，terra incogitaにおける乱流輸送の表現が従来型のスキームと比べ，著しく改善することを確認している．現状では，接地境界層の温度勾配の再現性が不十分であり，定式化には課題が残っているものの，定性的には乱流の混合距離を小さくすることで改善しうることがこれまでの調査で分かっており，概ね順調に進捗しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
接地境界層の再現性が不十分である現状を踏まえ，RANSで規定される混合距離の上限値の与え方が適切であるかの検討も含め，主に接地層でのスキームの改善に向けた研究を進める．また，RANSをベースとした手法が国内外の研究者によって提案されつつあることから，これらの手法を適宜取り入れることにより，さらなるスキーム改善の可能性について検討する．得られた結果を整理・統合することでterra incognita領域に適用可能な乱流スキームの定式化を提案し，成果の取りまとめを行う．
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| Causes of Carryover |
今年度交付額については，概ね当初計画通りに予算を執行したものの，研究打ち合わせのための国内出張が計画よりも少なく済んだために，これに相当する額が執行残として生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は当研究計画の最終年度であることから，研究の取りまとめと成果発表を計画している．特に海外の学会に出席し研究成果を発表することが欠かせないため，次年度使用額については，海外の出張旅費や学会参加費に充てる予定である．
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