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2018 Fiscal Year Annual Research Report

大気粒子の帯電が雲に及ぼす影響の原理的雲解像モデルによる評価

Publicly Offered Research

Project AreaSolar-Terrestrial Environment Prediction as Science and Social Infrastructure
Project/Area Number 18H04448
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

島 伸一郎  兵庫県立大学, シミュレーション学研究科, 准教授 (70415983)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Keywords雲微物理 / 気象 / 大気電気 / 雲解像モデル / 超水滴法
Outline of Annual Research Achievements

帯電した雲粒の衝突併合を通した雨粒の形成速度の変化 (Electro coalescence) を評価する国際共同研究を推進した。まずは、帯電した雲粒同士の衝突併合確率に関するモデルを作った。この新しいElectro coalescenceモデルを、超水滴法に基づく原理的雲解像モデルに実装した。予備実験を通してElectro coalescenceが水雲に対して一定程度の影響を及ぼしうることを確認した。そのうえで、現実の大気条件にもとづく計算事例をいくつか選定し、Electro coalescenceの影響をより詳しく評価する実験を現在進めている。新しいモデルの詳細とケーススタディの結果を報告する論文の準備を進めている。
氷を伴う混相雲に関しては、エアロゾル粒子や雲粒の帯電による、氷晶核(IN)と過冷却液滴の衝突確率の増大に伴い、氷粒子の生成が促進する可能性が指摘されている (Electroscavenging)。しかし、混相雲に関しては超水滴モデルの性能検証がまだ不十分である。そこで、まずは帯電とは切り離して混相雲モデルの開発と性能評価を行なった。 氷粒子の形態変化を陽に予報できる精緻な数理モデルに対して超水滴法を適用し、混相雲の中で氷晶が生成・成長し霰・雹・雪片を形成していく様をより忠実に表現することのできる数値モデルを構築した。孤立した積乱雲の数値実験を通して性能検証を行ったところ、氷粒子の大きさと質量の関係が経験則と概ね整合しているなど、良好な結果が得られた。現在モデルの詳細と性能検証の結果を報告する論文の執筆を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Electro coalescenceの影響を評価するためのケーススタディに着手はしているものの、まだ結果がまとまっていないため。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、水雲に対するElectro coalescenceの影響を評価するケーススタディを進める。また、超水滴法を活用することで実現した、氷粒子の形状変化を陽に予報する精緻な混相雲モデルの詳細と性能評価に関する論文の公表を進める。
氷を伴う混相雲に関しては、エアロゾル粒子や雲粒の帯電による、氷晶核(IN)と過冷却液滴の衝突確率の増大により、氷粒子の生成が促進する可能性が指摘されている (Electroscavenging)。混相雲に対するElectroscavengingの影響の評価にも着手する。帯電が無い場合は-15℃程度を下回らないと生成されにくかった氷粒子が、-5℃程度の比較的高温でも多数生成されるようになり、積乱雲の活動が活発化する可能性が考えられる。この影響を、水雲の場合と同様に0次元モデルによる実験からスタートし検証していく。そもそも氷相過程に関しては基本的な雲微物理過程の定量的理解が不十分であるため、信頼性の高い結論を出すことはまだ難しい可能性がある。しかし、氷晶核の性質については近年急速に研究が進んでおり、帯電によりどれくらい氷粒子が増えるかという点に関しては一定の検証が可能であると考えている。

  • Research Products

    (23 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 2 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] NCAR(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      NCAR
  • [Int'l Joint Research] Warsaw University/Jagiellonian University(ポーランド)

    • Country Name
      POLAND
    • Counterpart Institution
      Warsaw University/Jagiellonian University
  • [Int'l Joint Research] 華東師範大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      華東師範大学
  • [Journal Article] Modeling of Cloud Microphysics: Can We Do Better?2019

    • Author(s)
      Grabowski Wojciech W.、Morrison Hugh、Shima Shin-Ichiro、Abade Gustavo C.、Dziekan Piotr、Pawlowska Hanna
    • Journal Title

      Bulletin of the American Meteorological Society

      Volume: 100 Pages: 655~672

    • DOI

      doi.org/10.1175/BAMS-D-18-0005.1

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Numerical Convergence of Shallow Convection Cloud Field Simulations: Comparison Between Double-Moment Eulerian and Particle-Based Lagrangian Microphysics Coupled to the Same Dynamical Core2018

    • Author(s)
      Sato Yousuke、Shima Shin-ichiro、Tomita Hirofumi
    • Journal Title

      Journal of Advances in Modeling Earth Systems

      Volume: 10 Pages: 1495~1512

    • DOI

      https://doi.org/10.1029/2018MS001285

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 超水滴法を用いた降雨シミュレーションの研究2019

    • Author(s)
      田中真弓, 島伸一郎, 戸田幹人
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
  • [Presentation] particle-based cloud modelling (粒子ベース雲モデリング) に関する国際研究ネットワークの立ち上げ2019

    • Author(s)
      島伸一郎
    • Organizer
      2018年度エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会, 国立極地研究所 (東京)
  • [Presentation] 氷水混相の雲微物理過程に関する多孔性回転楕円体モデルの性 能検証と改良2019

    • Author(s)
      酒井健人, 島伸一郎
    • Organizer
      2018年度エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会, 国立極地研究所 (東京)
  • [Presentation] Modeling of cloud microphysics: Can we do better?2018

    • Author(s)
      Wojciech W. Grabowski, Hugh Morrison, Shin-ichiro Shima, Gustavo C. Abade, Piotr Dziekan, Hanna Pawlowska, and Fabian Hoffmann
    • Organizer
      AGU fall meeting 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectral broadening of cloud droplets in cumulus congestus cloud obtained by large eddy simulation with super droplet methodroadening of droplet spectra and stochastic activation in turbulent clouds2018

    • Author(s)
      T. Matsushima, S. Nishizawa, S. Shima and H. Tomita
    • Organizer
      Workshop on particle-based modeling of cloud microphysics 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Performance comparison among three Monte Carlo schemes for collision-coalescence: O'Rourke method, No-Time Counter method, and Super-Droplet method2018

    • Author(s)
      Shin-ichiro Shima, Hiroshi Yamaguchi, Hitoshi Hongou, Hideaki Yokohata
    • Organizer
      Workshop on particle-based modeling of cloud microphysics 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Application of the Super-Droplet Method to Mixed-Phase Clouds Based on the Porous Spheroid Approximation of Ice Particles2018

    • Author(s)
      Shin-ichiro Shima, Yousuke Sato, Akihiro Hashimoto, and Ryohei Misumi
    • Organizer
      Workshop on particle-based modeling of cloud microphysics 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Box model evaluation of the particle-based mixed-phase cloud microphysics model2018

    • Author(s)
      Kento Sakai and Shin-ichiro Shima
    • Organizer
      Workshop on particle-based modeling of cloud microphysics 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Modeling of cloud microphysics: Can we do better?2018

    • Author(s)
      Wojciech W. Grabowski, Hugh Morrison, Shin-ichiro Shima, Gustavo C. Abade, Piotr Dziekan, Hanna Pawlowska, and Fabian Hoffmann
    • Organizer
      Workshop on particle-based modeling of cloud microphysics 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Super-droplet method and its application to mixed-phase clouds2018

    • Author(s)
      Shin-ichiro Shima
    • Organizer
      seminar@Yonse University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Super-droplet method and its application to mixed-phase clouds2018

    • Author(s)
      Shin-ichiro Shima
    • Organizer
      International Workshop on Cloud Dynamics, Micro physics, and Small-Scale Simulation, , Indian Institute of Tropical Meteorology (IITM), Pune, India
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Application of the Super-Droplet Method to Mixed-Phase Clouds Based on the Porous Spheroid Approximation of Ice Particles2018

    • Author(s)
      Shin-ichiro Shima, Y. Sato, A. Hashimoto, and R. Misumi
    • Organizer
      AMS 15th Cloud Physics Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Modeling of Cloud Microphysics: Can We Do Better?2018

    • Author(s)
      Wojciech W. Grabowski, H. Morrison, S. I. Shima, G. C. Abade, and H. Pawlowska
    • Organizer
      AMS 15th Cloud Physics Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] On the CCN (de)activation nonlinearities2018

    • Author(s)
      S. Arabas and S. Shima
    • Organizer
      AMS 15th Cloud Physics Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超水滴法の混相雲へ適用2018

    • Author(s)
      島 伸一郎, 佐藤 陽祐, 橋本 明弘, 三隅 良平
    • Organizer
      気象学会2018年度秋季大会
  • [Presentation] 超水滴法の氷相過程へ適用とボックスモデルで検証2018

    • Author(s)
      酒井 健人, 島 伸一郎
    • Organizer
      気象学会2018年度秋季大会
  • [Presentation] 超水滴法による雲の精密シミュレーション2018

    • Author(s)
      島 伸一郎
    • Organizer
      KOBE HPC Spring School 2018, 神戸大学計算科学教育センター (兵庫県神戸市)
  • [Funded Workshop] Workshop on particle-based modeling of cloud microphysics 20182018

URL: 

Published: 2019-12-27  

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