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乱流統計理論による大気エアロゾルの粒径分布形成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K13611
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分17020:大気水圏科学関連
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

齋藤 泉  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70798602)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
キーワード乱流理論 / 衝突 / エアロゾル粒子 / 乱流変調
研究成果の概要

大気中における微小なエアロゾル粒子の衝突・合体成長によって生じる粒径分布スペクトルの形成メカニズムを、乱流統計理論と直接数値シミュレーションによって調べた。乱流中における微小粒子群の衝突・合体により、傾き-2の粒径分布が形成されることを理論解析により明らかにし、大規模直接数値シミュレーションによって確かめた。微小粒子群の摩擦抵抗による乱流変調が、流れの緩和時間と呼ばれる新たなパラメータにより特徴付けられることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大気中に存在する微小なエアロゾル粒子は、大気の放射特性や降雨との関係を通じて気象・気候に重要な影響を与える。本研究は、乱流統計理論と大規模数値シミュレーションにより、これら微小粒子の乱流中における衝突・合体によって、粒径分布スペクトルが形成されるメカニズムを明らかにした。この成果は、今後の気象予報のためのモデル開発や精度向上に貢献することが期待される。

報告書

(3件)
  • 2020 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 12件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Cloud Turbulence and Droplets2019

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe
    • 雑誌名

      Gorokhovski M., Godeferd F. (eds) Turbulent Cascades II. ERCOFTAC Series

      巻: 26 ページ: 179-187

    • DOI

      10.1007/978-3-030-12547-9_19

    • ISBN
      9783030125462, 9783030125479
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Broadening of Cloud Droplet Size Distributions by Condensation in Turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      I. Saito, T. Gotoh, and T. Watanabe
    • 雑誌名

      気象集誌. 第2輯

      巻: 97 号: 4 ページ: 867-891

    • DOI

      10.2151/jmsj.2019-049

    • NAID

      130007682340

    • ISSN
      0026-1165, 2186-9057
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A new time scale for turbulence modulation by particles2019

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: 880

    • DOI

      10.1017/jfm.2019.775

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Droplet size distributions in turbulent clouds: experimental evaluation of theoretical distributions2019

    • 著者名/発表者名
      Chandrakar Kamal Kant、Saito Izumi、Yang Fan、Cantrell Will、Gotoh Toshiyuki、Shaw Raymond A.
    • 雑誌名

      Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society

      巻: 146 号: 726 ページ: 483-504

    • DOI

      10.1002/qj.3692

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Size distribution spectrum of noninertial particles in turbulence2018

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 97 号: 5 ページ: 053108-053108

    • DOI

      10.1103/physreve.97.053108

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 乱流と固体粒子群の相互作用に関する大規模シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉友貴, 渡邊威, 齋藤泉, 後藤俊幸
    • 雑誌名

      ながれ(注目研究 in CFD31)

      巻: 37 ページ: 123-128

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Early Archean planktonic mode of life: Implications from fluid dynamics of lenticular microfossils2018

    • 著者名/発表者名
      Kozawa Tomoki、Sugitani Kenichiro、Oehler Dorothy Z.、House Christopher H.、Saito Izumi、Watanabe Takeshi、Gotoh Toshiyuki
    • 雑誌名

      Geobiology

      巻: 17 号: 2 ページ: 113-126

    • DOI

      10.1111/gbi.12319

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Scale dependence of droplet spectra broadening by stochastic condensation in a rising air parcel2020

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Cloud Turbulence
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] New insights into turbulence modulation by small particles obtained using point-particle and particle-resolved DNSs2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Watanabe, Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Cloud Turbulence
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Droplet size distributions in turbulent clouds: experimental evaluation of theoretical distributions2020

    • 著者名/発表者名
      Kamal Kant Chandrakar, Izumi Saito, Fan Yang, Will Cantrell, Toshiyuki Gotoh, Raymond Shaw
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Cloud Turbulence
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 室内雲乱流実験を想定した大規模DNSにおいて得られた雲粒粒径分布および雲水混合比スペクトル2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤泉, 後藤俊幸, 渡邊威, 安田達哉
    • 学会等名
      日本気象学会2019年度春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Flow relaxation time: A counterpart of the phase relaxation time in particle-turbulence interaction through Stokes drag2019

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh, Tatsuya Yasuda
    • 学会等名
      Pi Chamber Modeling Workshop (Michigan Technogical University)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DNS on stochastic condensation and broadening of droplet size distributions2019

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito,Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe, Yatsuya Yasuda
    • 学会等名
      Pi Chamber Modeling Workshop (Michigan Technological University)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 乱流と粒子群の相互作用を特徴付ける新しい時間スケール2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤泉, 渡邊威, 後藤俊幸, 安田達哉
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会「乱流基礎相似則の再検討」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Broadening of cloud droplet size distributions and liquid water content spectrum in turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe, Tatsuya Yasuda
    • 学会等名
      17th European Turbulence Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 雲乱流DNSにおける雲水混合比の揺らぎのスペクトル2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤泉, 安田達哉, 渡邊威, 後藤俊幸
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A new timescale for turbulence modulation by particles2019

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
    • 学会等名
      72nd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Broadening of droplet size distribution in turbulence in cloud microphysics simulator2018

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Tatsuya Yasuda, Takeshi Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on particle-based modeling of cloud microphysics 2018 (RIKEN R-CCS, Kobe, Japan)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth of cloud droplets in turbulence in cloud micro-physics simulator2018

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe, Tatsuya Yasuda
    • 学会等名
      Physics Colloquium (Department of Physics) (Michigan Technological University、Houghton、Michigan)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] On the modification of scalar variance spectra due to cloud droplets in cloud microphysics simulator2018

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe
    • 学会等名
      12th European Fluid Mechanics Conference (Vienna, Austria)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Turbulence-cloud droplet interaction in cloud micro-physics simulator2018

    • 著者名/発表者名
      Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe
    • 学会等名
      15th Conference on Cloud Physics (Vancouver, Canada)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cloud Turbulence2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Gotoh, Izumi Saito, Takeshi Watanabe, Tatsuya Yasuda
    • 学会等名
      Perspective on Turbulence Workshop (Texas A&M) (Texas, USA)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cloud Turbulence2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Gotoh, Izumi Saito, Takeshi Watanabe, Tatsuya Yasuda
    • 学会等名
      Special seminar on Cloud Physics(Michigan Technological University) (Houghton, Michigan, USA)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Interaction between cloud droplets and turbulence2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Gotoh, Izumi Saito, Takeshi Watanabe, Tatsuya Yasuda
    • 学会等名
      71st Annual Meeting of the American Physical Society, Division of Fluid Dynamics (Atlanta, USA)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 乱流中で衝突・合体成長する粒子スペクトルの統計理論2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤泉, 後藤俊幸, 渡邊威
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会「乱流と遷移:構造、多重スケール、モデル」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 雲乱流実験において形成される粒径分布に関する統計理論について2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤泉, 後藤俊幸, 渡邊威
    • 学会等名
      日本気象学会2018春季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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