大気境界層内の乱流プリュームの内部構造と発達過程に関する数値的な研究

大气边界层湍流羽流内部结构及发展过程的数值研究

• 批准号: 16740265
• 负责人: 篠田 太郎
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16740265/
• 关键词: 大気境界層; 乱流プリューム; 熱・水蒸気の鉛直輸送; 顕熱・潜熱フラックス; 熱対流・水蒸気対流; パラメタリゼーション; 東アジアモンスーン域; 湿潤層; 水蒸気起源; 大気海洋・大気陸面相互作用; プリューム; 水蒸気の鉛直輸送

熱帯海洋上、夏季の亜熱帯海洋(東シナ海)上、および初夏の中国大陸淮河流域の水田上における大気境界層内の乱流プリュームの構造と、乱流プリュームによりなされる熱・水蒸気の鉛直輸送に関する数値実験と考察を行った。大気境界層内の乱流プリュームは水平スケールが500mから1km程度と小さいため、数値モデルの水平解像度を100mとして実験を実施した点が本研究の特徴である。それぞれの地域における観測結果から、地表面(海面、陸面)からの潜熱放出量が顕熱放出量に比べて大きいことが示されている。数値実験の結果、いずれの地域を対象とした場合においても、活発な対流活動が大気境界層内において示された。これらの対流活動の原因を検討したところ、地表面からの顕熱フラックスにより励起される熱対流的な要素だけでなく、潜熱フラックスにより駆動される水蒸気対流の要素が存在することが特徴である事が示された。水蒸気は乾燥大気に比べてその密度が小さい(軽い)ために、水蒸気を多く含む空気(湿った空気)が浮力を生成することが原因であると考えられる。このうち、特に東シナ海上の大気境界層内の対流は、海面と大気の気温差が小さいために、海面からの顕熱フラックスの値が非常に小さく、結果として熱による浮力への寄与がほとんど無い様な対流活動であることが示された。本研究で示された様な大気境界層内において水蒸気により駆動される対流活動は、本研究で対象とした地域においては珍しくない現象であると考えられる。今回の研究においては、地表面からのフラックスと対流活動の強さや鉛直熱・水蒸気輸送量の定量的な評価は行えなかったが、GCM(大気大循環モデル)におけるパラメタリゼーションの改良を目指す上で、これらの評価を行う事が今後の研究課題であると考えられる。

大气边界层湍流羽流结构以及热带海洋、夏季亚热带海洋（东海）和淮河流域湍流羽流引起的热量和水汽垂直输送的数值我们在初夏的中国大陆流域进行了实验和思考。由于大气边界层湍流羽流的水平尺度较小，范围为500 m至1 km，因此本研究的独特之处在于数值模型的水平分辨率为100 m。各地区观测结果表明，地表（海面、陆地表面）释放的潜热量大于显热释放量。数值实验显示所有地区的大气边界层内对流活动活跃。当我们考察这些对流活动的原因时，我们发现它们的特点是不仅存在由地表显热通量激发的热对流要素，而且还存在由潜热通量驱动的水蒸气对流要素。显示。这被认为是由于含有大量水蒸气的空气（潮湿空气）产生浮力，因为水蒸气的密度比干燥空气低（重量轻）。其中，特别是东海大气边界层对流，海面与大气温差较小，海面感热通量值很小，因此，热对浮力几乎没有贡献。结果表明存在类似的对流活动。如本研究所示，大气边界层内由水蒸气驱动的对流活动被认为是本研究目标区域中的一种常见现象。在这项研究中，无法定量评估来自地表的通量、对流活动的强度以及垂直热量和水汽输送量，但为了改进 GCM（大气环流模型）的参数化，评估这些方面被认为是未来的研究课题。