2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel turbulence scheme in the atmospheric boundary layer for high resolution mesoscale models
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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 |
前年度までに、アプリオリ解析と呼ばれる手法を用いて、乱流の特性長の解像度依存性を乱流の非等方性を考慮して解析し、得られた結果を経験的関数として提案した。LESモデルの一つであるDeardorffモデルを非等方な長さスケールを適用できるように拡張することで、提案した経験的関数を適用し、その有効性を確認した。今年度は、これらの数値実験の結果を取りまとめ、国際学会で発表するとともに、気象集誌に論文を投稿した。投稿論文については昨年12月に掲載された。
数値予報モデルではRANSに基づく乱流モデルが広く用いられており、RANSにおいても提案した手法のTerra Incognita(以下TIと表記)領域での適用可能性を調査することは実用的観点からも重要である。そこで、本研究で提案した経験的関数をRANSに分類されるMYNNモデルに適用し、TI領域を含む解像度での数値実験を実施した。MYNNモデルにおいても、提案した手法によってTI領域での乱流輸送の表現が改善されるものの、接地境界層では風速や温度の鉛直勾配や乱流輸送が過大になりうることが明らかとなった。接地境界層内でRANSで用いられる特性長からの修正量を小さくすることで、これらの過大評価が解消されることが分かったが、修正量の精緻化が今後の課題である。現在、一連の成果の取りまとめをしているところである。
空間解像度が高くなることで解像されるようになる乱流は、乱流スキームではなく力学過程によって直接表現されることになり、TI領域ではその影響が無視できなくなる。本研究を実施する過程で、力学過程の取り扱いが対流セルの形成などに影響を及ぼすことが明らかとなったため、移流項の差分誤差に起因する影響を主にエネルギー収支の観点から調査した。この成果について、国内外の学会で報告した。
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