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大気中のマイクロスケール異常流動現象の一つであるダウンバースト現象は、離着陸体制にある航空機、小型船舶、地上構造物などに突風による被害をもたらす。これを回避するためには、1)発生の予知と、2)発生時の速度場の予測が必要であるが、長期にわたる大掛かりな大気観測でも、サンプル数や空間分解能の制限のために、十分な統計情報が得られていない。ダウンバーストの発生は降水、相変化、熱移動など複雑な要因に支配されるが、一旦発生したダウンバーストが地表付近にもたらす風速の変化は、主に密度差による下降流とそれに随伴される渦輪の地面への衝突によって決まると考えられる。
そこで、本研究では上記2)に着目し、単純化されたモデル実験装置を用い、地球流体(渦粘性基準)と同オーダーのレイノルズ数のもとでダウンバーストを繰り返し再現し、自然観測では不可能なアンサンブル平均などの統計的手法を用いて、速度場を明らかにすることを計画した。
純水の入った水槽の上部に、一定体積の食塩水の入った円筒容器を設置し、底面のゴム膜を機械的に破ることにより食塩水を落下させ、100サンプルに対して鉛直断面におけるアンサンブル平均速度分布と渦度分布、同じくレイノルズ応力分布とその生成項を、粒子画像流速計を用いて測定した。その結果、非粘性的で大規模な循環流の発生と地表付近のせん断層の巻き込みによる渦輪への発達、下降風と水平風の最大速度の発生時刻と発生地点、下降期、衝突期、発散期それぞれにおけるレイノルズ応力とその生成項分布の特徴を明らかにすることができた。
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