ゴールデンステートウォリアーズ

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学部生に伝える研究最前線　雨粒の落下と地球の気候 雨粒の落下と地球の気候 三浦 裕亮（地球惑星科学専攻 准教授） 王 家瑞（地球惑星科学専攻 特任研究員） 小池 真（地球惑星科学専攻 准教授）   雨粒の落下は，地球の気候に影響する。少し言い過ぎだろうか。実際，雨粒一つひとつを考慮しなくても，天気予報は実用上十分な（？）確度で当たる。天気予報は，大気モデル（流体力学・熱力学・光学などの方程式を離散化したもの）の数値計算にもとづき作成されるが，ペタフロップス級スーパーコンピュータを用いても，個々の雨粒どころか，乱流（例えば雲のもこもこした形）さえ十分に表現できない。天気は，雨粒よりマクロなスケールの，大気の運動でだいたい決まっているようだ。しかし，天気よりマクロなスケールの，地球の気候はどうだろうか。 よく知られているように，温室効果ガスのおかげで，地球の気候は人間生活に適した温度に保たれている。気候に最も影響する温室効果ガスは，大気中に長く滞在する二酸化炭素だろう。一方で水蒸気は，大気中の滞在時間は短いものの大きな温室効果をもち，二酸化炭素以上に地表を温めている。水蒸気は，海や湖から蒸発し，降水により大気から除去される。天気にとっては雨がいつどこで降るかが問題だが，気候にとっては水蒸気が平均的にどのように分布しているかが，温室効果を決定する上で問題になる。 気候のスケールの水蒸気分布は，地球のエネルギー収支が合うように，様々な過程の結果として定まる。例えば，雲内では水蒸気・水・氷が相変化する。雲内と雲外の空気が混合する。降水し終わった雲は，蒸発して消滅する。個々の雲が存在するだけでなく，時として台風のような構造を発現する。その中で雨粒は，乾いた空気中を落下する際に蒸発して大気を湿らせ，その際に熱を吸収して大気を冷やす。雨粒は，（地味ながら）気候のスケールの水蒸気分布に寄与する。 さて，大気モデルは雨粒一つひとつを表現できないのだった。そのため，（雨粒より）マクロな雨の落下速度を，実験データに当てはめた経験式で与えている。しかし，現時点で世界最速のスーパーコンピュータ「富岳」で計算しても，雨の落下速度の設定が，地球温暖化の予測結果をも変えてしまう。我々は，この困難を克服する第一歩として，変形しながら落下する雨粒について，雨粒内部と大気の流れを同時に，基礎方程式にもとづいて数値計算する手法を開発した（図）。非回転の構造を保存する離散デルタ関数によって雨粒の表面を確率的に表現し，従来手法で問題となっていた偽の流れを取り除くなど，埋め込み境界法を様々に改良した。広く使われている経験式を，数値計算を参照値として検証したところ，気圧・気温が実験データの取得環境から外れた場合に大きな誤差を持つことが分かった。そこで，より汎用な雨粒の落下速度の経験式を提案した。 図：直径 0.025 mm，0.4 mm，0.5 mmの落下する雨粒（濃い水色で表示）内外の水と空気の流れの様子（流線）。直径が小さいときには空気の流れは雨粒を回り込むだけであるが，直径が大きくなると流れが複雑になり雨粒の上側に渦を生じる。   近い将来に気候予測への応用が期待される全球雲解像モデルでは，水物質の（雨粒より）マクロな振舞いを記述する雲微物理過程が，気候のスケールの水蒸気分布に影響する。カオス的運動が生じる大きい雨粒や，衝突・併合する複数の雨粒など，さらに現実的な数値計算を行うには困難な課題を克服せねばならないが，本研究は基礎方程式にもとづく数値計算で雲微物理過程のパラメータの推定を改善する，新たな流れの嚆矢として位置づけられる。 本研究成果は C. R. Ong et al. , Journal of the Atmospheric Sciences 78, 1129 （2021）に掲載された。 （2021年3月2日プレスリリース） 理学部ニュース2021年5月号掲載 学部生に伝える研究最前線>     News Press Releases 2024年 2023年 2022年 2021年 News 受賞・表彰 2024年 2023年 2022年 2021年 総長賞・学修奨励賞・研究奨励賞 受賞者一覧 お知らせ Features 理学部ニュース トピックス 2024年 2023年 2022年 2021年 理学エッセイ 理学のタマゴ 理学のススメ 未来へのとびら 理学の研究者図鑑 理学の謎 １+１から∞の理学 学部生に伝える研究最前線 理学の本棚 学生支援室よりみなさんへ・男女共同参画委員会よりみなさんへ 温故知新 英語で伝える科学 理学部見聞録 リガクル YouTubeチャンネル Events 理学部公開講演会 オープンキャンパス 高校生講座 女子中高生イベント 東京大学理学部ホームカミングデイ サイエンスカフェ 臨海実験所 植物園本園・分園 木曽観測所 過去に開催したイベント イベント通知メールの登録 サイエンスギャラリー イメージバンク 全て 建物 人 歴史 設備 教育 研究 物理学専攻 天文学専攻 地球惑星科学専攻 化学専攻 生物化学専攻 生物科学専攻 臨海実験所 植物園 地殻化学実験施設 天文学教育研究センター 数理科学研究科 学務からのお知らせ News Press Releases News 受賞・表彰 お知らせ Features 理学部ニュース リガクル YouTube Events サイエンスギャラリー イメージバンク 理学系について 研究科長からのご挨拶 憲章 組織 機構図・役職 窓口一覧(学内限定) 研究者 共有施設 理学図書館 小柴ホール・共通講義室 歴史 ロゴ 理学部概要・パンフレット 会議資料 教授会議事録 会議資料サイト(学内限定) 研究 最新の研究成果 専攻紹介 附属施設紹介 素粒子物理国際研究センター 研究倫理 入学案内 学部 アドミッションポリシー 学士入学 GSC 学部研究生 学部聴講生 奨学金 大学院 --> 大学院 アドミッションポリシー 修士課程 博士課程 GSGC 外国人特別選考 外国人研究生 大学院研究生 特別聴講学生 奨学金 教育 学部教育 お知らせ 学科紹介 カリキュラム・ディプロマポリシー 教育プログラム 科目ナンバリング 授業評価アンケート 大学院教育 お知らせ 専攻紹介 カリキュラム・ディプロマポリシー 教育プログラム 産学連携プラットフォーム 科目ナンバリング 国際 ダブルディグリープログラム 受入れプログラム 学生の声 UTRIP GSC GSGC その他プログラム 派遣プログラム 学生の声 SVAP UGRASP GRASP その他プログラム 支援 奨学金・経済的支援 就職情報・キャリア支援 キャンパスライフ 保健センター 学生支援室 育児支援室・休養室 ハラスメント相談体制 ダイバーシティ＆インクルージョン 男女共同参画室 バリアフリー支援室 国際支援 留学生 外国人研究者・教員 在学生向け留学情報 研究者の海外派遣情報 グローバル化支援(学内) ETHZとの戦略的パートナーシップ(SPUR) 研究科支援 研究支援総括室 情報システムチーム 技術部 広報室 環境と安全 環境安全管理室 放射線管理室 研究資金 卒業生・修了生 同窓会 各種証明書交付申請のご案内 寄付のご案内 基金紹介 寄付金の活用事例 寄付者からのコメント 社会貢献 --> 社会貢献 公募 アクセス お問い合わせ 撮影・取材について ポリシー サイトマップ facebook twitter YouTube instagram spotify © 2024 東京大学 大学院理学系研究科 広報委員会 ↑