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

• 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

[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。

[objective] to the front to pay nearly で の high temperature moist 気 団 の internal structure の nasty shock な variations change を wind tunnel be 験, wild 観 か ら Ming ら か に し, こ れ を illustrate で き る the numerical モ デ ル と し て の turbulence transport equations に, high time づ い た the numerical モ デ ル の build う を line. [indoor be 験] に, large company, scattered wind tunnel bed surface instability stratification state の を turbulence boundary layer formed さ せ, さ ら に そ の obscene で を cooling below し て front (warm front) を form さ せ, そ の paying nearly で の unstable stratification の internal の turbulence structure - the を tracing し た. Youdaoplaceholder0, <s:1> <s:1> change に accompanied by って, <s:1> るトレ-サ, 拡 scattered mechanism <s:1> change を adjust べた. そ の results, the front pay nearly で は turbulence movement が live 発 し, そ れ に with っ て turbulence company, loose も 発 し, さ ら に turbulence tectonic autologous が their し く - shaped す る こ と を shown し た. こ れ は unstable stratification within の large-scale turbulence vortex が settle into a layer above the の を ス リ ッ プ す る interstate に bureau に strong い upwelling and downwelling が form さ れ る た め で あ る こ と を shown し た. [気 flow の the numerical モ デ ル] turbulence モ デ ル と し て, turbulence エ ネ ル ギ - (k) お よ び turbulence エ ネ ル ギ - dissipation rate (epsilon), temperature variations dynamic strength お よ び そ の デ ィ ス ト ラ ク シ ョ ン speed に す seaborne る 4 つ の と partial differential equations, exercise, hot の turbulence フ ラ ッ ク ス equation is の bureau balance 仮 か ら must ら れ る algebraic equations か ら Youdaoplaceholder0, ア ア ジェブラ ジェブラ ジェブラ ッ ッ を · ストレスモデ を を construct た. こ の モ デ ル と 従 to モ デ ル (mixed distance theory, k ー epsilon モ デ ル) を with い た the numerical シ ミ ュ レ - シ ョ ン results の か ら, nasty - す る 気 flow の be に は mixing distance theory は も は や applicable で き な い こ と, turbulence structure の variations change を containing め た be に は this モ デ ル が optimal れ て い る こ と を shown し た. [観 measurement] the method for measuring the <s:1> rising and falling gas flow <e:1> at the front line と <s:1> てノ <e:1> リフトバ リフトバ た - <e:1> を rear-end collision technique を to establish <s:1> た. In the first year of the Heisei era, <s:1> dynamic を観 measurement of acid rain, ガス and particulate pollutants in the center of the northern part of Kyushu を た. During the Showa 62 to 63 years, the に に concentrated heavy rain 観 survey と simultaneously carried out に, そ and そ <s:1> sections of を to share the responsibility for the た. こ れ に よ り, big sea crossing を る 気 pollution の long-distance conveying, volcanic origin の SO_2 (そ の discharge は Japan global の artificial discharge の 1/2) お よ び HCI の - quality, そ れ に よ る の acid rain generation process を Ming ら か に し た.

项目成果

Y.S.Chang: "The transport and formation of sulfates and nitrates in central japan." Atmopheric Environment. 23. 1749-1773 (1989)

Y.S.Chang：“日本中部硫酸盐和硝酸盐的运输和形成。”

植田洋匡: "浮遊粒子状物質中の二次粒子の生成とその大気中での挙動" 公害と対策. 26. 157-162 (1990)

Hiromasa Ueda：“悬浮颗粒物中二次颗粒的产生及其在大气中的行为”污染与对策 26. 157-162 (1990)。

Satoru Komori: "Relationship between surface renewal and bursting motions in an openーchannel flow." Journal of Fluid Mechanics. 203. 103-124 (1989)

Satoru Komori：“明渠流动中的表面更新和爆发运动之间的关系。”流体力学杂志 203. 103-124 (1989)

植田洋匡: "大気の変化と酸性雨" 科学. 59. 610-619 (1989)

Hiromasa Ueda：“大气变化和酸雨”科学 59. 610-619 (1989)。

Satoru Komori: "Simultaneous measurements of instantaneous concentrations of two species being mixed in a turbulent flow by using a combined laserーinduced fluorescence and laserーscattering technique." Physics Fluids A. 1. 349-352 (1989)

Satoru Komori：“通过使用激光诱导荧光和激光散射相结合的技术，同时测量在湍流中混合的两种物质的瞬时浓度。”物理流体 A. 1. 349-352 (1989)