湿った対流は、熱帯気象システム、悪天候、雷雨、雹嵐、竜巻の発達の重要な要因であることが知られています。サイクロンのターボエンジンとして機能します。この文脈で頭に浮かぶいくつかの質問は次のとおりです。断熱現象は、大規模な地球と惑星の流れのダイナミクスにどのように影響しますか?蒸発と降水の水循環、および潜熱放出の激しい影響を表す理想的なモデルをどのように構築すればよいでしょうか?
十分な単純さを保ちながら、モデルで断熱効果を正確に表現することは困難です。微物理学、固有の非線形性、相転移を含む湿った空気の熱力学の複雑さは、最も粗雑な方法で湿った対流の力学的影響を捉えるために、単純化された最小限のパラメーター化を備えたモデルを探すことを私たちに促します.
近年、気象および気候モデリングの断熱プロセスを改善するために大きな成果が達成されましたが、上記の複雑さは、水循環モデリングを使用した天気予報、特に長期的なものの問題の原因です。したがって、降水量と湿度の予測に関しては、気候モデルが大幅に異なることは不思議ではありません [1]。大循環モデルは、大規模な大気ダイナミクスの下での水蒸気循環の役割を隠す物理プロセスの過剰なパラメーター化を使用します。断熱過程は本質的に非線形であるため、線形安定性解析の手法は湿り対流の場合には不適切です。
理想化された改良された湿り対流回転浅水 (imcRSW) モデル [2] により、湿った空気の本格的な熱力学に入ることなく、結露と関連する潜熱放出が力学に与える影響を調べることができます。この単純化されたモデルでは、湿った対流の最も粗い特徴のみが考慮されます。モデルの古いバージョン (mcRSW) は、総観規模の地球と惑星のジェットと渦の不安定性を調査するために既に適用されています [3, 4, 5]。数値モデルにおける湿った対流のパラメータ化は、[6, 7] などのいくつかの研究のトピックとなっています。
一般的な Betts-Miller スキームでは、水分が飽和値を超えると、平衡プロファイルに向かう比湿度の線形緩和に関して、潜熱の放出と凝縮が発生します。ほとんどの場合、対流は境界層での収束を伴います。一部の浅水モデルでは、水分方程式を使用せずに風の収束を使用して対流をパラメータ化しています。降水量の緩和パラメーター化を追加し、湿りエンタルピー保存の助けを借りて対流フラックスと降水量を結合することにより、モデルに湿り対流を含める簡単で物理的に一貫した方法があります。凝縮した水蒸気の相転移を考慮するために、imcRSW モデルに沈殿可能な水が導入され、バルクの凝縮と気化によって水蒸気に関連付けられます。同時に、対流フラックスは、降水可能な水のエントレインメントと関連付けることができ、湿った対流の表現をよりリアルにします。凝縮した水は雲の形で大気中に残り、水滴が臨界サイズに達したときにのみ降水が切り替わります。
そのため、提案された imcRSW モデルは、断熱プロセスを含む運動のダイナミクスを研究するための、シンプルでありながら自己矛盾のない雲解像および信頼性の高いツールです。これは、熱帯低気圧のような渦の不安定性の発達をモデル化するために使用されます。このモデルは、湿った対流環境におけるハリケーンのような渦の不安定性の顕著な特徴を捉えることができることが示されています。これらの不安定性のライフサイクルと渦の強化のプロセスに対する湿潤プロセスの重要性を詳細に調べることができます。さらに、対応する降水量を伴う目壁と雲のバンドのダイナミクスをよく表しています。
これらの調査結果は、「改良された湿り対流回転浅水モデルとハリケーンのような渦の不安定性への応用」というタイトルの記事で説明されており、最近、王立気象学会の季刊誌に掲載されました。 この作業は、ソルボンヌ大学 (UPMC) のマスード ロスタミとウラジミール ザイトリンによって実施されました。
参考文献:
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