金星大気大循環モデルの高度化に向けた微細擾乱の数値実験

2012 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 23540514
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 山本 勝 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (10314551)
• キーワード: 金星大気 / 対流 / 波動 / 大気大循環 / 微物理

研究概要

金星GCMの高度化に向けた３次元マイクロスケール数値実験を行った．雲層の対流層に関しては，「渦拡散係数」や「掩蔽観測で見られる安定度の微細構造」の雲底での熱flux依存性を調査した．地表に関しては，非常に弱いsuper-rotation (～0.1m/s)では，対流調節によって，地表付近でsub-rotationが生じる．このように，金星地表付近でsuper-rotationであっても，その値が非常に小さいと，対流調節によってたやすくsub-rotationとなり，地面からの角運動量供給が可能になる．
マイクロスケール実験の結果をパラメタライズするためには，パラメタライズしたルーチンを組み込む先であるベースモデルの整備も不可欠である．昨年度から引き続き，金星中層大気GCM (Yamamoto and Takahashi 2012)を開発し，超回転や極渦の力学について調査した．それと並行して，金星の微細構造を再現するために使用する微物理モデルの高度化に向けて，個別のサブルーチンの精度の検証した(Yamamoto 2012)．特に，力学に関しては以下のような成果が得られた．超回転と子午面循環と南北温度差の強度の時系列を散布図で示すことによって，異なる２つの超回転パターンが現れるケースがいくつかあった．それらのケースでは，超回転の崩壊において，惑星スケール波の臨界高度と運動量収束が重要な役割を果たしている．金星の極渦について詳細な解析を行った．極域のcold collarとhot oval (monopole)は，東西波数１の潮汐波によって強められる．東西波数が１より高波数の発散性擾乱が極付近の高温域で卓越するとき， dipoleやtripoleの温度コントラストが生じ，極渦が時々刻々と変動する．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

初年度の交付申請書に書かれているとおり，金星の雲層付近のマイクロスケール気象シミュレーションを行い，その結果を解析した．これらのマイクロスケール実験と並行して「大循環モデル」や「エアロゾル輸送モデルの微物理過程」の整備を行った．これらの成果は，国内外の学会（39th COSPAR Scientic Assembly, Mysore, India; AOGS-AGU(WPGM) Joint Assembly, Singapore; European Planetary Science Congress 2012, Madrid, Spain; JAXA宇宙科学研究所・第27回大気圏シンポジウムなど）で発表された．また，微物理過程に関するモデル開発の成果の一部は学術誌（AAQR 12, 1125-1134）に掲載された．

今後の研究の推進方策

金星大気大循環モデルの高度化が目的なので，微細擾乱の数値実験と並行して，大循環モデルやエアロゾル輸送モデルの整備を行う必要がある．特に，乱流混合過程を結合させる大循環モデルや微物理モデルの予備実験を引き続き行う．
加えて，金星雲層付近での「対流」や「惑星スケール波の飽和」から射出される重力波に関する数値実験を行う．特に，鉛直運動量フラックスや静的安定度の微細構造について詳しく調査する．

次年度の研究費の使用計画

「金星雲内の対流層」や「重力波の飽和」を解明するには高解像度の数値実験が必要となり，大型計算機を用いる．また，地球流体力学の視点で「安定層に挟まれた対流層」や「安定成層への対流の貫入」が渦拡散過程にどのような影響を与えるのか？を明らかにするために，詳細なデータ解析をパソコンおよびサーバーで行う．これまで蓄積された大量のデータは大容量ハードディスクにバックアップしなければならない．
上記の成果を国内外の学会で発表するために旅費が必要となる．さらに，２３－２５年度の成果を論文で発表するため，国際誌論文掲載料や英文校正費も必要となる．

研究成果

• [雑誌論文] Numerical error analysis of solvers using cumulative number distribution with volume-ratio grid spacing in initially particle-free nucleation-condensation systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, M
  • 雑誌名: Aerosol and Air Quality Research 巻: 12 ページ: 1125-1134
  • DOI: 10.4209/aaqr.2012.02.0042
  • 査読あり
• [学会発表] 金星中層大気GCM中の極渦の構造について (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本勝，高橋正明
  • 学会等名: 第62回理論応用力学講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都）
  • 年月日: 20130307-20130307
• [学会発表] 重力波で生じる金星大気の微細構造に関する数値実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本勝
  • 学会等名: JAXA宇宙科学研究所・第27回大気圏シンポジウム
  • 発表場所: JAXA宇宙科学研究所（相模原市）
  • 年月日: 20130301-20130301
• [学会発表] 金星惑星スケール波動の臨界高度形成・消滅と超回転強度遷移について (2012)
  • 著者名/発表者名: 山本勝，高橋正明
  • 学会等名: 日本気象学会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 20121003-20121003
• [学会発表] Wind structures after convective adjustment and in convective mixing near Venus' surface (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaru Yamamoto
  • 学会等名: European Planetary Science Congress 2012
  • 発表場所: IFEMA-Feria de Madrid (Madrid, Spain)
  • 年月日: 20120927-20120927
• [学会発表] Microscale Simulations of Convective Mixing in the Venus Cloud Layer: Comparison with Observations (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaru Yamamoto
  • 学会等名: AOGS-AGU(WPGM) Joint Assembly
  • 発表場所: Resorts World Convention Centre (Singapore)
  • 年月日: 20120814-20120814
• [学会発表] Development of a middle atmosphere GCM for analyzing the Venus meteorological data (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaru Yamamoto & Masaaki Takahashi
  • 学会等名: 39th COSPAR Scientic Assembly
  • 発表場所: Narayana Murthy Centre of Excellence (Mysore, India)
  • 年月日: 20120720-20120720