[Japanese]
修士論文要旨(金子 大志)
雷モデルの開発
金子 大志
雲解像モデル(CReSS: Cloud Resolving Storm Simulator) を用いて、雷雲内電荷
分布と雷を再現する雷モデルを開発した。
雲の雷活動は大きく分けて『雲構成粒子の帯電による電荷の蓄積』と『発雷によ
る電荷の消費』に分けられる。雷モデル開発にあたり、電荷を予報変数として新た
に導入した。雲の帯電機構については、微物理過程において発生する氷晶、雪、霰
の帯電機構である着氷電荷分離機構を用いた。またその電荷分離、電荷分布のモデ
ル化を行った。電荷分布からは電位、そして電界が計算される。発雷判定について
は、電界を発雷のしきい値とし、発雷後の電荷の消費をパラメタライズする発雷パ
ラメタリゼーションを用いた。またその詳しい説明をまとめた。
夏季に雷をもたらす雲はその成熟期初期に雲の上層に正電荷領域、中層に負電荷
領域、下層に局所的な正電荷領域という電荷分布の三極構造を示す。モデル内の雲
の帯電機構と発雷判定による夏季の雷雲の電荷分布三極構造の再現性を検証するた
めに、人工的に作成した環境場を用いて水平解像度500m での2次元理想実験を行っ
た。理想実験の結果、雲放電や落雷を発生させた雷雲に電荷分布の三極構造が確認
された。
また2006年8月12日の愛知県で発生した雷雲を対象として、現実の環境場
を用いて落雷を予測する水平解像度4km の3次元再現実験を行った。再現実験では
愛知県西部で発生した雷雲が落雷をもたらした。その落雷を中部電力株式会社の落
雷位置標定システム(LLS: Lightning Location System) と比較すると、その落雷範
囲や落雷時刻に改良の余地を残した。しかし、実際に雷雲が発生した環境場で落雷
が再現されたことから、雷モデルを用いた発雷予測の可能性への端緒をつけた。
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[English]
Development of the Lightning Simulator
Hiroyuki KANEKO
We developed the Lightning Simulator that simulates charge distribution
in thunder storm and lightning on the basis of the Cloud Resolving Storm
Simulator.
Lightning activity of thunder storm has two steps. The first step is
accumulationof electric charge by the cloud particles charging. The
second step is discharge by lightning. In development of the lightning
simulator, we newly introduced variables of charge as a prediction
variable. We used the riming electrification in the first step; ice
crystal, snow, and graupel that takes charge in the microphysical
process. We described the formation of riming electrification and the
formation of the charges. We calculated electric potential and electric
field from the charge distribution . We used the lightning
parametarization that uses the electric field as the threshold value of
lightning initiation and parametarize discharge in the second step. We
described the operation of the lightning parametarization.
Thunder strom that takes lightning on the ground in summer forms the
tripole structure of the charge distribution; the positive charged
particle region in upper layer, the negativey charged particle region in
middle layer, and the small positivey charged particle region in lower
layer. We performed ideal 2D experiment in order to examine
reproducibility of tripole structure of the charge distribution within
the riming electrification and the lightning parametarization. The
horizontal resolution is 500m and artifactual sounding data is used as
initial field. As a result, thunder strom that took the cloud-ground
discharges and the cloud flashs in the model formed the tripole
structure of the charge distribution.
Next, we performed 3D experiment of the thunder storm developed over
Aichi prefecture of Japan on 12 August 2006. We compared the lightning
strike point in the model with lightning strike point observed by
Lightning Location System operated by Chubu Electric Power Co.,Inc. The
horizontal resolution is 4km and realistic environment data is used as
initial field. As a result, in the model the timing and area was not
exactly simulated, but generated thunder storm took the lightning on
Aichi prefecture. In this experiment, the lightning model could simulate
the thunder strom that takes the lightning on the ground.
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