竜巻発生の数値シミュレーション:下層初期渦の形成・強化メカニズム

点击翻译按钮获取中文摘要

我々は,現実場を初期値・境界値とした超高解像度の数値シミュレーションを行い,竜巻発生時における下層初期渦の形成・強化メカニズムの解明を目指し研究を行った。現実場として用いた事例は,2004年6月27日に佐賀県で梅雨前線に伴い発生した事例である。観測データとの比較から再現性を確認した後に構造や発生過程を力学的に調査した,竜巻発生のキーファクターの特定を試みた。数値シミュレーションは,スーパーセルと先在境界である梅雨前線が相互作用して発生したスーパーセルと5つの竜巻の再現に成功した。我々は最も発達した竜巻に主に注目し,竜巻が強化されるタイミングと竜巻の発達の力学過程を調査し,以下の3つの竜巻発生のキーファクターを特定した:すなわち,1)先在境界上でのシア不安定と水平渦のティルティングによる下層鉛直渦の形成;2)先在境界に沿った下層渦の合併による下層鉛直渦の発達;3)下層鉛直渦と中層メソサイクロンと関係した上昇流のリンクによる竜巻渦への強化,である。また,特定した竜巻発生のキーファクターに対する接地境界層環境の重要性を調べるために,地表面粗度に注目した感度実験を行った。感度実験は竜巻発生時刻の直前から粗度長を変化させたリースタート実験として行った。7つの粗度長に対して15の異なる開始時刻を設定し,計105のシミュレーションを行い,地表面粗度の変化が竜巻自体と接地境界層環境に与える特徴を調査した。その結果,3つの竜巻発生のキーファクターは接地境界層環境の変化に敏感であることが示された。より小さい(大きい)地表面摩擦は,先在境界の進行速度を速め(遅め),その結果,下層鉛直渦と中層メソサイクロンと関係した上昇流のカップリングを弱めていた。また,適度な地表面摩擦は竜巻中心の下層収束を誘起し,結果としてより強い竜巻を発生させた。