multi-scale interactions between atmospheric turbulence and cumulus convection

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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。