不安定成層大気中の大規模渦構造の前線付近での挙動に関する流体力学的研究

不稳定层状大气中锋面附近大尺度涡流结构行为的水动力研究

基本信息

批准号：
01601037
负责人：
植田洋匡
金额：
$ 0.77万
依托单位：
National Institute for Environmental Studies
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-01601037/
关键词：
成層流集中豪雨不安定成層大規模渦梅雨前線

项目摘要

[目的]前線付近での高温湿潤気団の内部構造の急激な変化を風洞実験、野外観測から明らかにし、これを説明できる数値モデルとして、高次の乱流輸送方程式に基づいた数値モデルの構築を行う。[室内実験]大型拡散風洞内床面上に、不安定成層状態の乱流境界層を形成させ、さらにその下流で下面を冷却して前線(温暖前線)を形成させ、その付近での不安定成層内部の乱流構造の変化を追跡した。さらに、この変化に伴って起きるトレ-サの拡散機構の変化を調べた。その結果、前線付近では乱流運動が活発化し、それに伴って乱流拡散も活発化し、さらに乱流構造自体が著しく変形することを示した。これは不安定成層内の大規模乱流渦が安定成層の上面をスリップする際に局所的に強い上昇流、下降流が形成されるためであることを示した。[気流の数値モデル]乱流モデルとして、乱流エネルギ-(k)および乱流エネルギ-消散速度(ε)、温度変動強度およびそのディストラクション速度に対する4つの偏微分方程式と、運動量、熱の乱流フラックス方程式の局所平衡仮定から得られる代数方程式からなる、アルジェブライック・ストレスモデルを構築した。このモデルと従来モデル(混合距離理論、kーεモデル)を用いた数値シミュレ-ション結果の比較から、急変する気流の予測には混合距離理論はもはや適用できないこと、乱流構造の変化を含めた予測には本モデルが優れていることを示した。[観測]前線付近の上昇、下降気流の測定法としてノンリフトバル-ンの追尾手法を確立した。一方、昭和62年度から平成元年度、九州北部を中心に酸性雨、ガス状、粒子状汚染物質の動態を観測した。昭和62ー63年度には集中豪雨観測と同時に行い、その一部を分担した。これにより、海上を渡る大気汚染の長距離輸送、火山起源のSO_2(その排出量は日本全域の人為排出量の1/2)およびHCIの変質、それによる酸性雨の生成過程を明らかにした。

[目的]我们将通过风洞实验和野外观测来阐明高温，潮湿的空气质量的内部结构的突然变化，作为可以解释这一点的数值模型，我们将基于高阶湍流传输方程构建数值模型。 [室内实验]在大扩散风洞的地面表面形成了不稳定的分层湍流边界层，并将下表面冷却下游以形成前部（温暖的前部），并在附近跟踪了不稳定分层内部湍流结构的变化。此外，我们研究了这种变化发生的Tresor扩散机理的变化。结果，湍流运动在前线附近是活跃的，湍流扩散也有效，并且湍流结构本身也会显着变形。这是因为在不稳定的分层内的大规模湍流通过稳定分层的上表面滑动，并且在局部形成强大的向上和向下流。 [气流的数字模型]作为一个动荡的模型，我们构建了一个Algies Blick应力模型，该模型由四个部分微分方程组成，用于湍流能量（K）和动荡的能量散引血率（ε），温度波动强度及其分散率，以及来自代数方程，并从局部平衡的位置平衡的动量和动荡的速度速度速度的动量平衡中获得。使用该模型和常规模型（混合距离理论，K-ε模型）比较数值模拟结果表明，混合距离理论不再适用于预测气流的突然变化，并且该模型对于包括湍流结构的变化（包括变化）是优越的。 [观察]已建立了一种非升级气球跟踪方法，是一种测量前部附近气流上升和降落的方法。同时，从1987年到1989年，观察到酸雨，气态和颗粒物污染物的动力学，主要在九州北部。在1987 - 88年，该公司同时进行了观察到暴雨的观察，其中一部分被分享。这揭示了空气污染跨海的长途运输，SO_2起源于火山起源（其排放量是日本人类排放的一半），HCI的改变以及由此产生的酸雨产生过程。