multi-scale interactions between atmospheric turbulence and cumulus convection

大气湍流与积云对流之间的多尺度相互作用

基本信息

批准号：
19H01974
负责人：
西澤誠也
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H01974/
关键词：
大気乱流対流積雲対流スケール間相互作用

项目摘要

積雲対流は、強い降水をもたらすなど、社会的にも重要な大気現象であり、その理解およびシミュレーションにおける高い再現性が求められている。O(1 km) 以下のスケールをもつ大気乱流は、それによる熱や水蒸気の混合を通じて、O(10 km) スケールである積雲対流に大きな影響を与えることが知られている。しかしながら、その時空間スケールの小ささから、大気乱流と積雲対流とのスケール間相互作用については理解が進んでいない。本研究では、そのスケール間相互作用を理解することを目的としている。昨年度までは、孤立積雲を対象とした超水滴法を用いたラージエディーシミュレーションを行い、雲壁における乱流混合による雲内の微物理特性の変動を調べてきた。それらの統計的性質を明らかにするためには、複数の積雲が生成消滅する場のシミュレーションが必要である。そのためにはより大規模な数値実験が必要となり、超水滴法の計算の高速化が課題である。そこで、本年度は、15 km 四方のドメインを数 m 解像度で数時間積分することを目標として超水滴法およびモデル全体の計算性能最適化を行った。その結果、実行時間が従来計算手法であるバルク法と同程度になるまで高速化することができ、上記規模の実験が可能となった。また、積雲対流の自己組織化に対する境界層乱流の影響について、広大な計算ドメインにおけるラージエディーシミュレーション実験により調べ、境界層内の運動が対流の自己組織化に大きく寄与していることが分かった。

积云对流是一种在社会上重要的大气现象，例如导致强大的降水，其理解和高可重现性需要模拟。众所周知，具有O（1 km）尺度的大气湍流对积云对流有重大影响，该对流是通过热量和水蒸气的混合而在O（10 km）尺度上的。但是，由于时空尺度较小，对大气湍流与积云对流之间的尺度相互作用没有进一步的了解。这项研究旨在了解尺度间的相互作用。直到去年，使用超水量的方法进行了大型涡流模拟，以研究由于云壁中的湍流混合而导致的云中微物理特性的波动。为了阐明其统计属性，有必要模拟生成和消灭多个积云云的场。为此，需要进行大规模的数值实验，而挑战是使用超水量方法加快计算。因此，今年，我们执行了超水量下降方法和整个模型的计算性能优化，其目标是在几个M分辨率下将15 km的平方域整合数小时。结果，可以将执行时间增加到与大量方法相同的水平，即传统计算方法，使得可以在上述规模上进行实验。此外，通过大型计算域中的大型涡模拟实验研究了边界层湍流对积云对流自我组织的影响，并且发现边界层内的运动有助于对流的自组织。