報告書番号

N09010

タイトル（和文）

数値気象モデルの短周期変動風解析への適用性

タイトル（英文）

Applicability to fluctuating wind simulation of numerical weather forecasting model

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

メソ気象モデルWRF（Weather Research Frocasting model）の強風条件下の大気境界層内の変動風解析への適用性を調べた．特に，格子解像度および格子解像度スケール以下の変動風のモデル化が構造再現性に与える影響に留意した．基本的な特性の理解のため，理想実験を行った．すなわち，平坦地形，一様表面粗度，中立乾燥の大気境界層を計算対象とした．そして，「水平方向格子解像度には50m，格子スケール以下の変動風のモデル化にはラージ・エディ・シミュレーション」が変動風解析に適した解析パラメータであることを明らかにした．格子スケール以下の変動風のモデル化に，一般的な気象予測と同様の大気境界層スキームを用いた計算では，地表面近くに存在する変動風の強い非当方性を再現できなかった．また，変動風の強度は高解像度化に対して変化せず，水平格子解像度を50mとした計算でも，観測や実験で得られる値の20-30%程度にとどまった．一方，ラージ・エディ・シミュレーションを用いた計算では，変動風の強度は，高解像度化とともに増加した．この傾向は，鉛直成分より水平成分で顕著となり，水平格子解像度を50mとした解析で得られた変動風の強度や非当方性は，観測や実験の値とよく一致した．このとき，変動風の生成に寄与する組織構造も適切に再現されていた．

概要 （英文）

The authors investigated the performance of fluctuating wind simulations in the atmospheric boundary layer with a numerical weather forecasting model, WRF (Weather Research and Forecasting) model. The special attention was paid to the dependence of grid resolutions and the modeling for fluctuating wind of sub-grid scales on the prediction of structural characteristics. To clearly understand the basic behavior of WRF model, the simulations were carried out under the ideal conditions; the terrain was flat, the surface roughness was homogeneous with the periodic boundary conditions, and the atmospheric boundary layer was in nearly neutral dry air. Comparison between large-eddy simulation (LES) and simulation with planetary boundary layer (PBL) schemes clearly showed that the turbulence modeling strongly affects the capability of simulating of velocity fluctuations near the surface. When the turbulence diffusion coefficients estimated from the LES were used, the intensities of velocity fluctuations increased with grid resolutions, and those became to agree well with those based on observations. On the other hand, the intensities simulated with PBL schemes still remained small values regardless of grid resolutions. In addition, it was revealed that only LES could capture a typical coherence structure, which controls the velocity-fluctuations generation near the ground. This indicated that the coupling of LES of a proper resolution (i.e. under 50 m in horizontal directions) with WRF is indispensable to appropriately simulate structural characteristics of fluctuating winds near the ground.

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