雲物理、降雪過程を伴う動流ヘッドの動力学とそこでの酸性雪の生成機構

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02201137
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 植田 洋匡 九州大学, 応用力学研究所・沿岸海象力学部門, 教授 (70026186)
• 研究分担者: 高藪 緑 国立環境研究所, 大気環境部, 研究員 (10197212) ; 鵜野 伊津志 国立環境研究所, 大気環境部, 主任研究員 (70142099) ; 光本 茂記 国立環境研究所, 大気環境部, 主任研究員 (20109903) ; 天本 肇 九州大学, 応用力学研究所・計測流体力学部門, 助手 (00038548) ; 辰野 正和 九州大学, 応用力学研究所・計測流体力学部門, 助教授 (70038553)
• キーワード: 重力流 / 成層乱流 / 酸性雪 / 酸性雨 / 乱流クロ-ジャ-モデル / 乱流輸送 / ケルビンヘルムホルツ不安定 / ソリトン

研究概要

本研究では、(1)豪雪に重要な力学的メカニズムである雲物理、降雪過程を伴う重力流について、そのダイナミックスを明らかにするとともに、(2)重力流内部での雲化学過程で生成される酸性雪の挙動を明らかにすることを目的とした。本年度の研究成果は以下のとおりである。
<重力流の動力学>___ー:本年度はまず重力流について、その動力学を数値モデルを用いて詳細に調べた。まず、密度成層乱流に対する高次乱流輸送方程式の理論を構築し、これを組込んだ数値モデルを完成させた。これを用いて重力流のダイナミックスについて以下のことを明らかにした。(1)重力流が周囲流体中を進行するとき、重力流ヘッド前縁(フロント)の強い上昇流が積雲の形成、降雨をもたらすが、このヘッド内にシヤ-不安定のためにKelvinーHelmholtz billowsが形成され、重力流上面に沿ってのbillowsの後方移動が上空の空気の重力流内部への取り込み、即ち重力流上面での熱や汚染物質の混合過程を担っている。(2)更に、これが運動量の鉛直輸送を促進する結果、重力流上面に大きな剪断力が誘起され、重力流の進行速度を大きく変化させることを示した。(3)重力流の衰退期には不安定は起こらず、この時、重力流のダイナミックスは上述のものとは全く異なったものになる。(4)重力流が安定成層流体中を進行するときには、成層流体の波立ちによるinternal boreが発生し、これの上昇流域で雲が生成される(morning gloryなど)。(5)また、内部重力波の作用によって重力流ヘッドが重力流随伴流部と切り離されて孤立渦になり、ソリトンの性質を持ちながら高速で進行していくことを示した。
<酸性雪>___ー:降雪中のpH値、硫酸塩、硝酸塩濃度についての観測及びモニタリングを実施し、デ-タ解析を行なった。全国的に見て酸性降下量の多い日本海側では、酸性雪の寄与は酸性雨を上回っており、酸性雪に占める大陸からの影響(越境大気汚染)が大きいことを示した。また、数値モデルとして、氷晶、雪、雹、あられを含む雲物理過程、氷相、液相での汚染物質の取込み、反応を含む雲化学過程を定式化して、これを数値モデルに組込んだ。

研究成果

• [文献書誌] Ueda,H.,Sha,W.,Kawamura,T.: "A numerical study on sea/land breezes as a gravity currentーKelvinーHelmholtz billows and penetration of frontー" J.Atmospheric Science. (1991)
• [文献書誌] Ueda,H.,Sha,W.,Kawamura,T.: "A numerical study on sea/land breezes as a gravity currentーInternal bores and seaーbreeze cutoff vortexーー." J.Atmospheric Science. (1991)
• [文献書誌] Ueda,H.: "Characteristics of acid rain and its transport mechanisms in Japan and northーeasternーAsia" Global Environment and Energy lssues. 91-96 (1990)
• [文献書誌] Chang,Y.S.,Carmichael,G.R.,Ravishanker,B.S.,Ueda,H.: "Acid deposition in central Japan" Atmospheric Environment. 24A. 2035-2049 (1990)
• [文献書誌] Kitada,T.,Lee,P.C.S.,Kitagawa,E.,Ueda,H.: "Numerical study of the formation of acidic species in the convectiveーcloud streets over Japan Sea in winter" NATO/CCMS Series on Air Pollution Modelling and its Application. 2. 499-506 (1990)
• [文献書誌] Ueda,H.,Kurita,H.,Mitsumoto,S.: "Combination of local wind systems and its contribution to the longーrange transport of air pollution." J.Applied Meteorology. 28. 331-348 (1990)
• [文献書誌] 植田 洋匡: "講座「地球環境」ー地球規模の環境問題[I]ー第4章 酸性雨 pp.185ー244" 中央法規出版 監修 大来 佐武郎, 390 (1990)
• [文献書誌] 植田 洋匡: "「地球環境の危機」ー研究の現状と課題ー大気の変化と酸性雨 pp.204ー213" 岩波書店 編集 内嶋 善兵衛, 280 (1990)