雲物理、降雪過程を伴う動流ヘッドの動力学とそこでの酸性雪の生成機構

本研究では、(1)豪雪に重要な力学的メカニズムである雲物理、降雪過程を伴う重力流について、そのダイナミックスを明らかにするとともに、(2)重力流内部での雲化学過程で生成される酸性雪の挙動を明らかにすることを目的とした。本年度の研究成果は以下のとおりである。<重力流の動力学>___ー:本年度はまず重力流について、その動力学を数値モデルを用いて詳細に調べた。まず、密度成層乱流に対する高次乱流輸送方程式の理論を構築し、これを組込んだ数値モデルを完成させた。これを用いて重力流のダイナミックスについて以下のことを明らかにした。(1)重力流が周囲流体中を進行するとき、重力流ヘッド前縁(フロント)の強い上昇流が積雲の形成、降雨をもたらすが、このヘッド内にシヤ-不安定のためにKelvinーHelmholtz billowsが形成され、重力流上面に沿ってのbillowsの後方移動が上空の空気の重力流内部への取り込み、即ち重力流上面での熱や汚染物質の混合過程を担っている。(2)更に、これが運動量の鉛直輸送を促進する結果、重力流上面に大きな剪断力が誘起され、重力流の進行速度を大きく変化させることを示した。(3)重力流の衰退期には不安定は起こらず、この時、重力流のダイナミックスは上述のものとは全く異なったものになる。(4)重力流が安定成層流体中を進行するときには、成層流体の波立ちによるinternal boreが発生し、これの上昇流域で雲が生成される(morning gloryなど)。(5)また、内部重力波の作用によって重力流ヘッドが重力流随伴流部と切り離されて孤立渦になり、ソリトンの性質を持ちながら高速で進行していくことを示した。<酸性雪>___ー:降雪中のpH値、硫酸塩、硝酸塩濃度についての観測及びモニタリングを実施し、デ-タ解析を行なった。全国的に見て酸性降下量の多い日本海側では、酸性雪の寄与は酸性雨を上回っており、酸性雪に占める大陸からの影響(越境大気汚染)が大きいことを示した。また、数値モデルとして、氷晶、雪、雹、あられを含む雲物理過程、氷相、液相での汚染物質の取込み、反応を含む雲化学過程を定式化して、これを数値モデルに組込んだ。

本研究では、(1)豪雪に重要な力学的メカニズムである雲物理、降雪過程を伴う重力流について、そのダイナミックスを明らかにするとともに、(2)重力流内部での雲化学過程で生成される酸性雪の挙動を明らかにすることを目的とした。本年度の研究成果は以下のとおりである。<重力流の動力学>___ー:本年度はまず重力流について、その動力学を数値モデルを用いて詳細に調べた。まず、密度成層乱流に対する高次乱流輸送方程式の理論を構築し、これを組込んだ数値モデルを完成させた。これを用いて重力流のダイナミックスについて以下のことを明らかにした。(1)重力流が周囲流体中を進行するとき、重力流ヘッド前縁(フロント)の強い上昇流が積雲の形成、降雨をもたらすが、このヘッド内にシヤ-不安定のためにKelvinーHelmholtz billowsが形成され、重力流上面に沿ってのbillowsの後方移動が上空の空気の重力流内部への取り込み、即ち重力流上面での熱や汚染物質の混合過程を担っている。(2)更に、これが運動量の鉛直輸送を促進する結果、重力流上面に大きな剪断力が誘起され、重力流の進行速度を大きく変化させることを示した。(3)重力流の衰退期には不安定は起こらず、この時、重力流のダイナミックスは上述のものとは全く異なったものになる。(4)重力流が安定成層流体中を進行するときには、成層流体の波立ちによるinternal boreが発生し、これの上昇流域で雲が生成される(morning gloryなど)。(5)また、内部重力波の作用によって重力流ヘッドが重力流随伴流部と切り離されて孤立渦になり、ソリトンの性質を持ちながら高速で進行していくことを示した。<酸性雪>___ー:降雪中のpH値、硫酸塩、硝酸塩濃度についての観測及びモニタリングを実施し、デ-タ解析を行なった。全国的に見て酸性降下量の多い日本海側では、酸性雪の寄与は酸性雨を上回っており、酸性雪に占める大陸からの影響(越境大気汚染)が大きいことを示した。また、数値モデルとして、氷晶、雪、雹、あられを含む雲物理過程、氷相、液相での汚染物質の取込み、反応を含む雲化学過程を定式化して、これを数値モデルに組込んだ。