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：
62601037
负责人：
植田洋匡
金额：
$ 0.83万
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：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では, 集中豪雨は高温多湿でしかも強い不安定成層状態の気団が, 低温の流体層の上に乗り上げるときに生じると考え, 以下のような仮説の下に, 風洞・水槽実験, 数値実験, 野外観測を行って, 集中豪雨のメカニズムを解析することを目的とする. 即ち, 不安定成層気団が海上で下から加熱を受けている状態では, 熱対流としてセル状あるいはロール状の大規模渦構造が形成されているが, この気団が低温の流体層に乗り上げる際には不安定成層気団の下面には, no-slip条件からslip条件に変化するため, 大規模渦構造は大きく変形して, 上昇流, 下降流ともその流速は極端に増大し, 空間的にも局在化が進み, この増幅された熱対流が集中豪雨の引き金になると考える. 本年度は, 水平平行平板間流れと平板上乱流境界流れの2つについて室内実験を行い, 不安定成層状態では, 乱流状態でも, 間欠的にパッチ状に大規模な渦構造が形成されていることを見出し, その詳細な構造を調べた. また, この渦運動が熱や運動量の乱流輸送の80%以上(渦の形成されている時間分率0^32以上程度)を担っていることを示した. 更に, 不安定成層流が安定成層状態の流体層の上に乗り上げる際, 大規模渦を構成する上昇流, 下降流が極端に強まることを, 大型拡散風洞を用いた流れ場の可視化実験と排煙流の観察で確かめ, 本年度は種々の乱流統計量の測定を行った, 一方, 本研究グループはここ10年来, 密度成層乱流中の乱流の構造および輸送機構に及ぼす浮力効果に関する一連の研究を実施してきた. 本研究では上空での挙動を含む壁面乱流と自由〓断乱流の両方に適用できるモデルとして, 密度成層流に対する代数型乱流応力モデルの展開を行った. 更に, 集中豪雨の大規模観測に参加して, 1000m-3000m高度に放球したノンリフトバルーンの上下運動を海上50Km程度に亘って追尾した. まず, ノンリフトバルーン測定の技術と理論を確立した.

在这项研究中，我们认为，当在冷温流体层上进行强，不稳定的分层空气质量时发生洪流，目的是通过进行风隧道和储罐实验，数值实验以及下面的假设下的现场观测来分析洪流降雨的机制。也就是说，当从海底加热不稳定的分层空气质量时，形成大型细胞状或类似滚动的涡流结构作为热对流。但是，当该质量上升到冷热流体层上时，它从无滑动变为不稳定地层空气质量的底部表面的滑动条件变化，因此大规模的涡流结构将大大变形，并且向上和向下流的流量均大大增加，并且在空间上的局限性会逐渐增加，并且会在空间上降雨。今年，我们对板上的两种水平平行板对板流和湍流边界流进行了室内实验，发现在不稳定的分层状态下，即使在湍流状态下，也以斑块状的方式形成了大规模的涡流结构，并研究了详细的结构。我们还表明，这种涡流运动负责超过80％的热和动量转运（0^32或更多的时间分数）（在涡流形成的时间分数约为0^32或更多）。此外，当以稳定的分层状态以不稳定的分层流爬在流体层上时，构成较大涡流的向上和向下流可以通过使用大型扩散风隧道和烟道流量观察到流动场，并在今年中观察到各种湍流统计。同时，该研究小组一直在进行一系列研究，以研究过去十年来湍流流量和密度分层湍流的浮力作用。在这项研究中，我们开发了一个代数湍流应力模型，用于密度分层流作为一个模型，可以应用于壁湍流和自由间接湍流，包括天空中的行为。此外，在大规模降雨的大规模观察中，我们跟踪了非升级气球的向上和向下运动，这些气球的向上和向下运动在约50公里的海上在1000m-3000m的海拔1000m-3000m上释放。首先，我们建立了非升级气球测量的技术和理论。