理想化モデルを用いた，　竜巻を模した渦の力学に関する研究

発達した竜巻やダストデビルは、渦の中心に下端境界まで到達する下降流域の存在する２セル構造や多重渦構造を持つことが知られている。本研究の目的は、そのような渦に関する数値実験を柔軟な条件設定のもとで行うことを可能にする、平面の上方に広がる半無限領域においてナヴィエ・ストークス方程式を解くスペクトル法モデルの新しい手法に基づいた開発と、開発した数値モデルを用いて竜巻を模した渦の数値実験および渦の構造に関する解析を行い、竜巻やダストデビルのもつ渦の力学を明らかにすることである。本年度は、まず昨年度に行った、渦度の積分制約条件を利用した高精度半無限領域のスペクトル法による数値モデルの開発と、その検証のために行った高レイノルズ数での渦輪の壁衝突に関する数値実験についての研究を論文にまとめて投稿し、受理・掲載された。次に、開発した半無限領域のスペクトル法モデルを用いて竜巻を模した渦の二次元および三次元の数値実験を行った。その結果、二次元の数値実験では、開発した数値モデルの定式化に基づいた解析を行うことによって、竜巻を模した渦の２セル構造の軸対称力学が非常に明快に理解できることを明らかにした。また、三次元の数値実験では、開発した数値モデルを用いることで、竜巻を模した多重渦構造をもつ数値解が得られることを示した。最後に、これまでに行った研究を博士論文「大気中の微細渦の力学に関する数値的研究」にまとめた。

発達した竜巻やダストデビルは、渦の中心に下端境界まで到達する下降流域の存在する２セル構造や多重渦構造を持つことが知られている。本研究の目的は、そのような渦に関する数値実験を柔軟な条件設定のもとで行うことを可能にする、平面の上方に広がる半無限領域においてナヴィエ・ストークス方程式を解くスペクトル法モデルの新しい手法に基づいた開発と、開発した数値モデルを用いて竜巻を模した渦の数値実験および渦の構造に関する解析を行い、竜巻やダストデビルのもつ渦の力学を明らかにすることである。本年度は、まず昨年度に行った、渦度の積分制約条件を利用した高精度半無限領域のスペクトル法による数値モデルの開発と、その検証のために行った高レイノルズ数での渦輪の壁衝突に関する数値実験についての研究を論文にまとめて投稿し、受理・掲載された。次に、開発した半無限領域のスペクトル法モデルを用いて竜巻を模した渦の二次元および三次元の数値実験を行った。その結果、二次元の数値実験では、開発した数値モデルの定式化に基づいた解析を行うことによって、竜巻を模した渦の２セル構造の軸対称力学が非常に明快に理解できることを明らかにした。また、三次元の数値実験では、開発した数値モデルを用いることで、竜巻を模した多重渦構造をもつ数値解が得られることを示した。最後に、これまでに行った研究を博士論文「大気中の微細渦の力学に関する数値的研究」にまとめた。