[Japanese]
修士論文要旨(近藤 亮輔)

落雷シミュレーションに対する 電荷中和プロセスパラメーターの敏感度

近藤 亮輔

雲解像モデル(CReSS: Cloud Resolving Storm Simulator)に搭載された雷モデルに より、落雷位置標定システム (LLS: Lightning Location System) で落雷が観測された 事例に関して再現実験を行った。その再現実験結果から、落雷シミュレーションに 対する電荷中和プロセスパラメーターの敏感度を調べた。

雷モデルは、「第1段階」と「第2段階」に分けることができる。第1段階は主に 雷放電路の進展プロセスを、第2段階は主に雷雲内の電荷中和プロセスをモデル化 している。電荷中和プロセスでは、電荷の中和を仮定する領域における最小の電荷 密度である「chan r 」、雷放電において利用不可能な(すなわち、小さすぎて中和する ことができない)電荷密度である「neut r 」、そして中和に利用される電荷密度の割合 である「fr 」という3つのパラメーター値を設定する必要がある。

再現実験結果によると、十分に発達した雲が再現された場合、雷シミュレーショ ンで得られた落雷回数に対するchan r およびneut r の敏感度は低く、fr の敏感度は高か った。すなわち、chan r やneut r の値を変えても落雷回数はあまり変化しなかった一方 で、fr が増加するにつれて落雷回数は減少した。また、全雷放電回数に占める落雷 回数の割合は、電荷中和プロセスパラメーター値の変化による影響をほとんど受け なかった。このことは、電荷中和プロセスパラメーター値の変化が雷雲における電 荷分布のパターンにあまり作用しないということを示唆する。

この雷モデルを用いた以前の研究では観測された落雷極性を再現することはでき なかったけれども、本研究で得られた再現実験結果は現実に観測された落雷極性を 適切に再現している。このことは、適切な鉛直解像度で実験を行い、十分に発達し た雷雲さえ再現されていれば、雷モデルが現実的な落雷極性を適切に再現できると いうことを示唆する。
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[English]

Parameter Sensitivity of Charge Neutralization Process to Cloud-to-Ground Lightning Simulation

Ryosuke KONDO

We performed simulation experiments on cloud-to-ground lightning by using the Lightning Simulator which was incorporated in the CReSS (Cloud Resolving Storm Simulator) in respect to the cases in which LLS (Lightning Location System) observed cloud-to-ground lightning. Using the results of the reproductive experiments, we examined the parameter sensitivity of charge neutralization process to cloud-to-ground lightning.

The Lightning Simulator has “first stage” and “second stage” of the lightning parameterization. The first stage is mainly modeling flash development of the lightning channel, and the second stage is mainly modeling the charge neutralization process in thunderstorm cloud. In the charge neutralization process, it is necessary to set values of the three-parameters; chan r , the minimum value of charge density in regions where we assume grid points of charge neutralization, neut r , the magnitude of charge density that is not available as a lightning flash (and that is, too small to neutralize charge), and fr , the rate of the available charge density neutralized at a grid point by a lightning flash.

From the results of the experiments, we find that in respect to cloud-to-ground lightning frequency obtained from the lightning simulation, chan r and neut r had low sensitivity and fr had high sensitivity in cases in which the results reproduced sufficiently developed clouds. That is to say, while changing the value of chan r or neut r did not vary the cloud-to-ground lightning frequency, it decreased with increasing the value of fr . The percentage of cloud-to-ground lightning frequency in all lightning frequency was little affected by changing of the parameter value of charge neutralization process. This suggests that the parameter value of charge neutralization process hardly acts on the pattern of charge distribution in thunderstorm cloud.

Although the previous study using this Lightning Simulator had been hardly able to simulate the cloud-to-ground lightning polarity which LLS observed, the results of our experiments properly simulated the cloud-to-ground lightning polarity which LLS observed. This suggests that if we perform experiments in suitable vertical resolution and can simulate sufficiently developed thunderstorm, the Lightning Simulator can properly simulates realistic cloud-to-ground lightning polarity.
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