09:30 〜 09:45
[AAS08-03] 気象雷モデルにおける対流雲の電荷構造の解像度依存性
本研究では, 気象雷モデル（BLM; Sato et al., 2019）を結合した数値気象モデルScalable Computing for Advanced Library and Environment (SCALE; Nishizawa et al., 2015; Sato et al., 2015)における夏季対流雲(Takayama et al., 1997)の電荷構造の水平解像度依存性について調査を行った. 高解像度での数値実験を可能とするために, 大規模な逆行列問題であっても高速に求解することが可能であるとされる, 多重格子法（マルチグリッドソルバ; Wesseling, 1995）をSCALEに実装した.
雷頻度と雲の電気的特性の解像度依存性調査の結果から, 雷頻度の総数及び霰の電荷分離量は水平解像度 200 m で数値的に収束することが示された. また, この収束の理由は次のように説明される. 高解像度ほど鉛直流が強くなり, それにより多くの液水が上空に輸送される. この液水の上昇輸送により, 9 km から11 km の高度で十分な量の過冷却水が存在する雲粒捕捉成長に適した環境が生成される. 結果として, これらの高度で霰の混合比が高解像度ほど増加する．この一連のプロセスが水平解像度 200 mよりも高い解像度で実現されており，水平解像度200 mで数値的に収束していた. これらの高度での霰の形成は, 霰の電荷分離量の増加につながり, 高解像度での雷頻度が高くなった. また, 水平解像度 200 m での霰の混合比の数値的収束に伴い, 雷頻度の総和及び霰の電荷分離量も水平解像度 200 m で数値的に収束することが確認された. これらの結果は, BLMと結合した数値気象モデルで雷の頻度を正確に再現するためには, 200 m またはそれよりも高解像度での数値実験が必要であることを示唆している.
参考文献
・Nishizawa, S., Yashiro, H., Sato, Y., Miyamoto, Y., Tomita, H., 2015: Influence of grid aspect ratio on planetary boundary layer turbulence in large-eddy simulations. Geosci. Model Dev., 8, 3393–3419, doi:10.5194/ gmd-8-3393-2015
・Sato, Y., Nishizawa, S., Yashiro, H., Miyamoto, Y., Kajikawa, Y., and Tomita, H., 2015: Impacts of cloud microphysics on trade wind cumulus: Which cloud microphysics processes contribute to the diversity in a large eddy simulation?. Prog. Earth Planet. Sci., 2, 1-16, doi: 10.1186/s40645-015-0053-6
・Sato, Y., Miyamoto, Y., Tomita, H., 2019: Large dependency of charge distribution in a tropical cyclone inner core upon aerosol number concentration, Prog. Earth Planet. Sci., 6(62), doi:10.1186/s40645-019-0309-7
・Takayama, H., Niino, H., Watanabe, S., Sugaya, J., Studies, Members of Tsukuba Area Precipitation Studies, 1997: Downbursts in the northwestern part of Saitama Prefecture on 8 September 1994. J. Meteorol. Soc. Jpn. Ser. II, 75(4), 885–905. https://doi.org/10.2151/JMSJ1965.75.4_885
・Wesseling, P., 1995: Introduction to MultiGrid solvers, No. NASA-CR-195045, 134 pp.
雷頻度と雲の電気的特性の解像度依存性調査の結果から, 雷頻度の総数及び霰の電荷分離量は水平解像度 200 m で数値的に収束することが示された. また, この収束の理由は次のように説明される. 高解像度ほど鉛直流が強くなり, それにより多くの液水が上空に輸送される. この液水の上昇輸送により, 9 km から11 km の高度で十分な量の過冷却水が存在する雲粒捕捉成長に適した環境が生成される. 結果として, これらの高度で霰の混合比が高解像度ほど増加する．この一連のプロセスが水平解像度 200 mよりも高い解像度で実現されており，水平解像度200 mで数値的に収束していた. これらの高度での霰の形成は, 霰の電荷分離量の増加につながり, 高解像度での雷頻度が高くなった. また, 水平解像度 200 m での霰の混合比の数値的収束に伴い, 雷頻度の総和及び霰の電荷分離量も水平解像度 200 m で数値的に収束することが確認された. これらの結果は, BLMと結合した数値気象モデルで雷の頻度を正確に再現するためには, 200 m またはそれよりも高解像度での数値実験が必要であることを示唆している.
参考文献
・Nishizawa, S., Yashiro, H., Sato, Y., Miyamoto, Y., Tomita, H., 2015: Influence of grid aspect ratio on planetary boundary layer turbulence in large-eddy simulations. Geosci. Model Dev., 8, 3393–3419, doi:10.5194/ gmd-8-3393-2015
・Sato, Y., Nishizawa, S., Yashiro, H., Miyamoto, Y., Kajikawa, Y., and Tomita, H., 2015: Impacts of cloud microphysics on trade wind cumulus: Which cloud microphysics processes contribute to the diversity in a large eddy simulation?. Prog. Earth Planet. Sci., 2, 1-16, doi: 10.1186/s40645-015-0053-6
・Sato, Y., Miyamoto, Y., Tomita, H., 2019: Large dependency of charge distribution in a tropical cyclone inner core upon aerosol number concentration, Prog. Earth Planet. Sci., 6(62), doi:10.1186/s40645-019-0309-7
・Takayama, H., Niino, H., Watanabe, S., Sugaya, J., Studies, Members of Tsukuba Area Precipitation Studies, 1997: Downbursts in the northwestern part of Saitama Prefecture on 8 September 1994. J. Meteorol. Soc. Jpn. Ser. II, 75(4), 885–905. https://doi.org/10.2151/JMSJ1965.75.4_885
・Wesseling, P., 1995: Introduction to MultiGrid solvers, No. NASA-CR-195045, 134 pp.