14:00 〜 14:15
[MIS19-02] RGBヘキサグラムを用いた混相雲内の電荷分離特性解析
キーワード：雲微物理、電荷分離、混相雲、RGBヘキサグラム
対流雲内の氷粒子同士の衝突による着氷電荷分離[1]は発雷に寄与する主要な電荷分離過程であり、気温と雲水量の条件によって正負の電荷分離量が変動する。この着氷電荷分離過程は混相域で発生するが、どのような混相域が電荷分離に適しているかの理解が不足している。そこで本研究は電荷分離に適した混相域の特性を調査するために、着氷電荷分離過程を直接計算する気象雷モデルSCALE[2][3][4]を用いて孤立積乱雲を対象とした理想化実験を行い、多様な混合を表現可能なRGBヘキサグラム[5]を用いて液水・霰・雪をRGB値としてシミュレートされた混相域を解析した。
理想化実験は夏季積乱雲を対象とし、Guo et al. (1999)[6]と同様の初期値を用い、計算領域中心に気温が領域平均から最大で4.5 K高い暖気塊を配置し積分期間を30分とした．また、RGB値は液水・霰が最大15.6 g/m³、雪が最大1.56 g/m³とし、256段階で表現した。さらに、RGBヘキサグラムの鉛直軸を気温(-70℃~30℃)とした。
理想化実験の結果、降水開始前の19分時点で、霰の正負の電荷分離量が最大となり、平均質量50 mg超の重い霰の粒子数もピークに達した。この時点での鉛直断面は定義されたRGB値を用いて可視化され、RGBヘキサグラム上の各RGB値の組み合わせに該当するモデル格子数の特徴から、電荷分離は主に液水が少なく雪と霰が支配的な混相域で活発だったことが示された。また、気温帯毎の時系列変化から電荷分離が活発な混相域は、気温-20℃～-30℃の範囲で雪の数濃度が高い領域に対応していた。このような特徴から電荷分離の活発な混相域が着氷電荷分離機構における凝結ドライグロース領域だったことが示唆された[7]。
参考文献
[1] T. Takahashi, 1978 , “Riming Electrification as a Charge Generation Mechanism in Thunderstorms,” J. Atmos. Sci., doi: 10.1175/1520-0469(1978)035<1536:reaacg>2.0.co;2.
[2] S. Nishizawa, H. Yashiro, Y. Sato, Y. Miyamoto, and H. Tomita, 2015, “Influence of grid aspect ratio on planetary boundary layer turbulence in large-eddy simulations,” Geosci. Model Dev., doi: 10.5194/gmd-8-3393-2015.
[3] Y. Sato, S. Nishizawa, H. Yashiro, Y. Miyamoto, Y. Kajikawa, and H. Tomita, 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., doi: 10.1186/s40645-015-0053-6.
[4] Y. Sato, Y. Miyamoto, and H. Tomita, 2019, “Large dependency of charge distribution in a tropical cyclone inner core upon aerosol number concentration,” Prog. Earth Planet. Sci., doi: 10.1186/S40645-019-0309-7/FIGURES/9.
[5] X. Guo, H. Niino, X. Guo, and R. Kimura, 1999, “Numerical Modeling on A Hazardous Microburst-Producing Hailstorm” Available: https://www.researchgate.net/publication/267777992
[6] 近藤 誠, (2024), RGBヘキサグラムを用いた混相域の雲微物理特性解析, 日本気象学会2024年度秋季大会, つくば, 茨城, 2024年10月
[7] E. R. Williams, R. Zhang, and J. Rydock, 1991, “Mixed-Phase Microphysics and Cloud Electrification,” J. Atmos. Sci., doi: 10.1175/1520-0469(1991)048.
理想化実験は夏季積乱雲を対象とし、Guo et al. (1999)[6]と同様の初期値を用い、計算領域中心に気温が領域平均から最大で4.5 K高い暖気塊を配置し積分期間を30分とした．また、RGB値は液水・霰が最大15.6 g/m³、雪が最大1.56 g/m³とし、256段階で表現した。さらに、RGBヘキサグラムの鉛直軸を気温(-70℃~30℃)とした。
理想化実験の結果、降水開始前の19分時点で、霰の正負の電荷分離量が最大となり、平均質量50 mg超の重い霰の粒子数もピークに達した。この時点での鉛直断面は定義されたRGB値を用いて可視化され、RGBヘキサグラム上の各RGB値の組み合わせに該当するモデル格子数の特徴から、電荷分離は主に液水が少なく雪と霰が支配的な混相域で活発だったことが示された。また、気温帯毎の時系列変化から電荷分離が活発な混相域は、気温-20℃～-30℃の範囲で雪の数濃度が高い領域に対応していた。このような特徴から電荷分離の活発な混相域が着氷電荷分離機構における凝結ドライグロース領域だったことが示唆された[7]。
参考文献
[1] T. Takahashi, 1978 , “Riming Electrification as a Charge Generation Mechanism in Thunderstorms,” J. Atmos. Sci., doi: 10.1175/1520-0469(1978)035<1536:reaacg>2.0.co;2.
[2] S. Nishizawa, H. Yashiro, Y. Sato, Y. Miyamoto, and H. Tomita, 2015, “Influence of grid aspect ratio on planetary boundary layer turbulence in large-eddy simulations,” Geosci. Model Dev., doi: 10.5194/gmd-8-3393-2015.
[3] Y. Sato, S. Nishizawa, H. Yashiro, Y. Miyamoto, Y. Kajikawa, and H. Tomita, 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., doi: 10.1186/s40645-015-0053-6.
[4] Y. Sato, Y. Miyamoto, and H. Tomita, 2019, “Large dependency of charge distribution in a tropical cyclone inner core upon aerosol number concentration,” Prog. Earth Planet. Sci., doi: 10.1186/S40645-019-0309-7/FIGURES/9.
[5] X. Guo, H. Niino, X. Guo, and R. Kimura, 1999, “Numerical Modeling on A Hazardous Microburst-Producing Hailstorm” Available: https://www.researchgate.net/publication/267777992
[6] 近藤 誠, (2024), RGBヘキサグラムを用いた混相域の雲微物理特性解析, 日本気象学会2024年度秋季大会, つくば, 茨城, 2024年10月
[7] E. R. Williams, R. Zhang, and J. Rydock, 1991, “Mixed-Phase Microphysics and Cloud Electrification,” J. Atmos. Sci., doi: 10.1175/1520-0469(1991)048.