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プロジェクト紹介

雲乱流における混合輸送現象の解明

雲中の乱流によるエアロゾル,水蒸気や熱と雲粒子の混合輸送現象および雲粒子の生成・成長の基礎物理過程を,第1原理的大規模シミュレーションにより解明する.

プロジェクト期間

2021年度プロジェクト [ 2020年度〜継続中 ]

目的

エアロゾルを核とする雲粒子生成から雨粒子形成までの多様な物理的素過程,雲内の複雑な乱流混合,そして雲全体の成長過程の詳細は未だ明らかになっておらず,気象予報・気候予測に大きな不確実性をもたらす要因となっている.本研究ではエアロゾル・水蒸気・熱の混合輸送と雲粒子の生成・成長に乱流が及ぼす影響とこれら粒子が乱流に及ぼす複雑な相互作用を,微視的視点に立脚した大規模シミュレーションにより解明するとともに,より確かな気象予報・気候予測のための科学的基盤を構築することを目的とする.

内容

本研究では,これまでの気象予測・気候予測シミュレーションにおいて現象論的数理モデルあるいは経験的パラメータとして表現されてきた未解像スケールの雲と乱流輸送現象を,スパコン上で再現し,理解し,巨視的な数理モデルとして再構成して,雲および雲乱流現象の解明と予測に繋げることを目指す.
特徴は,雲中を上昇気流によって移動する小さなセル中(約1㎥)における雲粒子と雲乱流の動力学を第1原理的に計算することである.すなわち,乱流モデルは導入せず,個々のエアロゾル,雲粒子の動力学を直接扱う.エアロゾルからの雲粒子生成,凝結(蒸発)成長,衝突・併合,雲粒子間の流体力学的相互作用,そして乱流による水蒸気混合比,温度,環境の温度・水蒸気混合比など,主要な雲微物理素過程を含んだ中程度のレイノルズ数の雲乱流の長時間計算を行う.これは,高度な並列化プログラミング技術を駆使した乱流の大規模DNSでの経験と実績の上に実現できたものであり,我々がこの分野の先頭に立っていると自負している.得られた雲乱流の知見を基にして,巨視的なスケールでの雲乱流の数理モデル(乱流モデルおよび雲モデル)を構築する.

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