対流雲中での太陽光の反射および反射特性に及ぼす乱流の影響の解明とモデル化

湍流对对流云中阳光的反射和反射特性的影响的阐明和建模

基本信息

批准号：
09J00241
负责人：
松田景吾
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J00241/
关键词：
放射熱輸送混相流乱流

项目摘要

地球温暖化を正確に予測するためには,地球表面の大部分を覆う雲が地球全体の放射熱収支に及ぼす影響を正確に評価することが極めて重要である.しかし,地球温暖化予測の数値シミュレーションに用いられる大気海洋大循環モデル(GCM)では,雲の放射伝達モデルに対して非常に粗雑なモデルが用いられており,雲が放射熱収支に及ぼす影響を正確に評価できているとは言えないのが現状である.特に,対流雲中の雲粒の濃度分布が雲の透過特性や反射特性に影響を及ぼすことはこれまでの研究でも指摘されているが,乱流によって生じる比較的小スケールの雲粒の濃度むらが雲の放射特性に及ぼす影響を詳細に調べた研究は数少ない.そこで本研究では,乱流による雲粒の濃度むらが雲の放射伝達プロセスに及ぼす影響を風洞実験および高精度な数値シミュレーションにより解明し,高精度な雲の放射伝達モデルを構築することを目的とする.昨年度までに,対流雲中の放射エネルギーの反射・吸収・透過プロセスを模擬する三次元直接数値シミュレーション(DNS)コードを用いることにより,可視光線,赤外線およびマイクロ波に対する雲の放射特性が乱流によって変化することを明らかにした.そこで本年度は,DNSの結果に基づいて可視光線や赤外線に対する放射特性およびマイクロ波に対する反射特性に及ぼす乱流の影響のモデル化を行った.これらのモデルを用いて,メソスケール対流雲シミュレーションのデータを解析することにより,実環境スケールの雲の放射特性に及ぼす乱流の影響の評価を行った.その結果,可視光線および赤外線に対する放射特性に及ぼす乱流の影響は実際の雲では無視できるほど小さいことが明らかになった.一方,マイクロ波の反射特性は,乱流クラスタリングにより無視できないほど大きく増加する場合があることが明らかになった.

为了准确预测全球变暖，准确评估覆盖地球大部分表面在整个地球辐射热平衡上的云的影响非常重要。但是，在用于全球变暖预测的数值模拟的大气海洋循环模型（GCM）中，将非常粗糙的模型用于云的辐射传输模型，并且无法准确评估云对辐射热平衡的影响。特别是，对流云中的云是先前的研究表明，晶粒浓度分布会影响云的传播和反射特征，但是很少有研究详细研究了相对较小的不平坦浓度云颗粒对湍流引起的云颗粒对云辐射特征的影响。因此，在这项研究中，目的是阐明湍流引起的不均匀浓度的云颗粒对通过风洞实验和高精度数值模拟的云辐射转移过程的影响，并构建高度准确的云辐射转移模型。直到去年，我们已经发现，通过使用三维直接数值模拟（DNS）代码，可见光，红外和微波的云辐射特性通过湍流而变化，从而模拟对流云中辐射能量的反射，吸收和传递。因此，今年，我们根据DNS的结果对湍流对可见光，红外和微波的辐射特性的影响进行了建模。使用这些模型，我们分析了中尺度对流云模拟的数据，以评估湍流对云对真实环境量表的辐射特征的影响。结果，揭示了在实际云中湍流对可见光和红外线射线辐射特性的影响。同时，有发现微波的反射特性可以增加，以至于由于湍流聚类而不能忽略不计。