数値実験と風洞実験の融合による新しい大気乱流パラメタリゼーションの提案

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20740276
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 気象・海洋物理・陸水学
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 北村 祐二 気象庁気象研究所, 物理気象研究部, 研究官 (40455275)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• キーワード: 気象学 / 大気境界層 / 数値モデリング

研究概要

数値モデルにおいて大気境界層における乱流輸送を再現するためには,パラメタライズされた乱流を適切に表現することが重要である.Large-Eddy Simulation(LES)やレイノルズ平均モデル(RANS)で用いられる乱流パラメタリゼーションの改善を目的として,以下の研究を実施した.まず,LESを用いて安定境界層の数値実験を行い,ジェルマノの恒等式に基づいて,鉛直フラックスの自己整合性の検証を試みた.次に,安定成層の場合にMellor-Yamada-Nakanishi-Niino(MYNN)モデルに見られる問題を解決する目的で,温度・圧力相関の時間スケールを修正することを試みた.MYNN モデルとは異なり,修正したモデルはレベル2モデルにおいて臨界リチャードソン数を持たず,全てのリチャードソン数について乱流の効果が現れる.最後に,フラックスリチャードソン数の大気安定度に対する依存性を同定するために,LES や大型実験風洞を用いた数値的・実験的研究を実施した.その結果,境界層上端ではフラックスリチャードソン数が1 を超える可能性があることが明らかとなった.

研究成果

• [雑誌論文] Energy cascade processes in rotating stratified turbulence with application to the atmospheric mesoscale (2010)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, Y., Matsuda, Y.
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 115 ページ: D11104
• [雑誌論文] Self-consistency validation of subgrid scale parameterization schemes in a large-eddy simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, Y.
  • 雑誌名: J.Meteor.Soc.Japan 88 ページ: 813-825
• [雑誌論文] Modifications to the Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino (MYNN) model for the stable stratification case (2010)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, Y.
  • 雑誌名: J.Meteor.Soc.Japan 88 ページ: 857-864
• [学会発表] Modifications to the Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino (MYNN) model for the stable stratification case (2010)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, Y.
  • 学会等名: First International Workshop on Nonhydrostatic Numerical Models
  • 年月日: 2010-09-29
• [学会発表] 安定成層下でのMYNNモデルの修正について (2010)
  • 著者名/発表者名: 北村祐二
  • 学会等名: 日本気象学会2010年春季大会
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] Self-consistency validation of subgrid scale parameterization schemes in large-eddy simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, Y.
  • 学会等名: AGU fall meeting
  • 年月日: 2009-12-14
• [学会発表] An intercomparison and self-consistency verification of subgrid scale parameterization schemes in large-eddy simulation (2008)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, Y.
  • 学会等名: International workshop on Rotating Stratified Turbulence and Turbulence in the Atmosphere and Oceans
  • 年月日: 20081208-20081212
• [学会発表] Germanoの恒等式を用いたサブグリッドスケールのフラックスの評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 北村祐二
  • 学会等名: 日本気象学会2008年秋季大会
  • 年月日: 2008-11-21