2011 Fiscal Year Annual Research Report
大気境界層の激しい渦の発生機構・構造・力学及びその乱流輸送に果たす役割の解明
| Project/Area Number |
21340134
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
新野 宏 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (90272525)
|
|---|
| Keywords | 気象学 / 対流混合層 / 大気境界層 / ラージ・エディ・シミュレーション / 渦 / 塵旋風 / 竜巻 / 回転境界層 |
|---|
| Research Abstract |
ラージ・エディ・シミュレーション(LES)モデルにより、日変化する対流混合層の中に生ずる塵旋風の再現実験を行い、塵旋風に流入する流体粒子のバックワードトラジェクトリ解析から、塵旋風の回転源が、対流が作り出した鉛直軸回りの循環にあることを突き止めた。この循環は、乱流状態の対流に伴う対流混合層中層の水平渦度の鉛直流による立ち上げで作られ、対流の下降域で地表付近に運ばれ、対流の上昇域へと流入することにより強い渦が発生していることが示された。
冬季の寒気吹き出し時の湿潤対流混合層のシミュレーションによる蒸気旋風の再現にも成功し、蒸気旋風の強さの環境場に対する依存性を調べた。その結果、下層の乾燥混合層と上層の湿潤混合層という2層構造を持つ混合層のうち、下層の乾燥混合層の厚さが厚いときに、強い蒸気旋風が発生することや、その回転源が複数の対流セル間の冷気下降流の衝突に伴う水平シアにあることがわかった。これらは、最近の竜巻の成因に関わる数値実験の結果とも類似点がある。
続いて、大気中の激しい渦の構造に関して、室内実験と力学理論、数値実験にもとつく解析を行った.緩やかに回転する円筒水槽の底面中心から、一定流量Qで水を流出させ、円筒容器の側面のスポンジを通して回転に馴染んだ等量の水を流入させる室内実験から、接線速度の半径分布は、すべての半径で角運動量保存的になる場合と、そうでない2つのレジームがあることがわかった。数値実験と理論的考察を行った結果、2つのレジームは、水槽内に生じる仮想的な(半径方向に角運動量一定の)ポテンシャル渦に伴う底面境界層が運べる流量とQとの大小により決まることがわかった。この結果は、現実の大気中の強い渦の半径分布がRankine渦からずれる原因を説明する可能性があり、興味深い。
|
