山の風下における運動量の鉛直フラックスの発散により発生するカルマン渦の数値的研究

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山の風下にできる渦列の生成メカニズムを3次元数値モデルを使って調べた。モデルは静力学平衡を仮定したブシネスク近似方程式で、鉛直方向の運動量フラックスは乱流のパラメタリゼーションにより見積もり、水平方向の粘性係数には一定値を仮定した。一般場の風が一様で温度成層も一様な場合に、カルマン渦列が再現された。渦の生成は内部波の砕波と関係していて、フルード数(F_r)に依存している。3次元ベル型の山の場合、F_r数が約0.8以下で山岳波の砕波が発生し、また0.25以下になるとカルマン渦列が生じる。渦の生成は水平拡散係数から見積もられるレイノルズ数にも依存する。渦の発生はLindzen(1981)の内部波の飽和理論をもとにした考え方で説明できる。数値実験の結果ではカルマン渦列が発生しているときには、下層で飽和運動量フラックスを大幅に越える鉛直方向の運動量輸送があるのに対し、上層では飽和理論から期待されるように、ほとんど飽和運動量フラックスに等しい。この結果、下層と上層の間で運動量の大きさなフラックス傾度が生じて、山の風下で平均流が減速される。このため減速された流れと、周囲の地形影響をあまり受けていない流れの間に大きな水平シアーを生じる。平均流と内部波の運動量交換は内部はの砕波に伴う乱流により生じる。山の水平規模が10kmの場合、山岳波の運動量フラックスは静力学平衡を仮定したときと、そうでないときとはほとんど差が見られなかった。また非静力学平衡を仮定下モデルでも、静力学平衡を仮定したモデルとほとんど同様な渦列が見られた。この水平規模では静力学平衡の仮定は十分な精度を持っていると考えられる。
社団法人日本気象学会の論文
1998-12-25

山の風下における運動量の鉛直フラックスの発散により発生するカルマン渦の数値的研究

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