エアロゾルと雲の相互作用の解明は、気象・気候学的に重要な課題である。エアロ ゾルは雲が形成される際、その一部が雲凝結核となることで雲のふるまいに影響をお よぼす。よく知られた仮説に、エアロゾル数濃度が高いと降水は減少して雲寿命が伸 びるが、逆に低いと降水が増加して雲寿命が縮むといった雲寿命効果がある (Albrecht 1989)。一方、雲もエアロゾルに影響をおよぼす。雲が蒸発すると、エアロゾルとして 再び大気に放出されてレインアウト、ウォッシュアウト、液相化学反応を通じてエア ロゾル数濃度および性状は変化する。雲とエアロゾルの相互作用を詳細に把握するた めには、双方向の影響を考慮する必要があり、それには原理的な物理法則に基づく精 密な数値実験が不可欠である。そのモデリングは複雑で、液相のみを含む暖かい雨に ついても十分な理解が得られていない。 Takahashi et al. (1989) ではビン法雲モデルを用いた2 次元理想化数値実験より、ハワ イ島付近の洋上でみられる暖かい雨の降水粒子形成過程を調べた。凝結・衝突併合過 程と、降水粒子の落下に伴う冷気外出流により形成された前線面に沿って上昇した下 層の水蒸気によって、霧雨が降水粒子まで成長する2 つの過程があると示した。しか し、1 次元モデルで雲底での初期雲粒を計算しており、エアロゾルによる降水粒子形 成過程の変化を間接的に表現している（Takahashi, 1976a）。また雲粒の蒸発により大気 中に再放出されたエアロゾル粒子について議論していない。 本研究では、初期エアロゾル数濃度の多寡が、暖かい雨である洋上の浅い降水性の 積雲のふるまいにおよぼす影響を数値実験より調べる。雲微物理過程の数値計算には 超水滴法を使いエアロゾル、雲粒、降水粒子のふるまいを統一的に計算する。大気流 体場は非静力学数値モデルを用いて計算する。大気場の初期値にはワイオミング大学 の高層大気観測データを使用した。 数値実験では、初期エアロゾル数濃度をパラメタとした。初期数濃度が105 [cm−3 ] である場合を“Mod”、1050 [cm−3 ] である場合を“Hi”、10.5 [cm−3 ] である場合を“Low” とする(van Zanten et al., 2011)。Mod は計算開始90 分後に、降水強度5 mmhr−1を記録 した。超水滴の時間発展は0.3 mm 付近でみられた。Hi は全領域にわたって、降水は みられなかった。Low は計算開始70 分後に、降水強度20 mmhr−1を記録した。超水 滴の時間発展は0.4 mm 付近でみられた。110 分後には、降水強度50 mmhr−1 を記 録し、水滴の増加は0.6 mm から0.8 mm 付近にかけてみられた。 結果、雲寿命効果は有効であり、霧雨が成長して降水量が増加した。これはTakahashi et al.(1989)と整合的である。エアロゾル数濃度が少ない場合に強い降水がみられたこ とから、強い降水時の大気環境場にて、エアロゾル数濃度は低いことが示唆された。 本実験は鉛直2 次元で行っており、液相や気相での化学反応は考慮されていない。 この点は将来の課題として残されているが、これまでの結果から、エアロゾル数濃度 の多寡が雲の特性を変えることを示せたことに意義がある。
Elucidation of the interaction between aerosol and clouds is an important issue for meteorology and climatology. Aerosol affects the behavior of clouds when clouds form, some of which become cloud condensation nucleus. A famous hypothesis is that when the aerosol number concentration is high, precipitation decreases and the cloud lifetime increase, but conversely if it has less aerosol number concentration, precipitation increases and cloud lifetime decreases (Albrecht 1989). On the other hand, clouds also affect aerosols. When the cloud evaporates, it is discharged again to the atmosphere as an aerosol, and the state of the aerosol changes through rain-out, wash-out and liquid-phase chemical reaction. To properly consider this two-way influence, precise numerical experiments returning to a reliable principle physical law is indispensable, but they are not sufficiently advanced only liquid phase. Takahashi et al. (1989) investigated the formation process of precipitation particles of warm rain in the ocean near Hawaii Island, based on a two-dimensional idealized numerical experiment using cloud resolving model with bin method. It showed that there are two processes in which the drizzle regrows due to the coagulation and collision-coalescence process where the cloud particles grow to precipitation particles and the lower layer water vapor that has risen along the frontal surface formed by the descending flow accompanying the falling precipitation particles indicated. However, it calculated the initial cloud particles at the bottom of the cloud in a one-dimensional model and indirectly express the change in precipitation particle formation process by aerosol (Takahashi, 1976a). In addition, they have not discussed aerosol particles re-released into the atmosphere by evaporation of cloud particles. In this study, we investigate the influence of initial aerosol number concentration on shallow precipitation cumulus that behavior from numerical experiment. For numerical calculation of the cloud microphysics process, we use the Super Droplet Method to calculate the behavior of aerosol, cloud, precipitation particles uniformly. Atmospheric field is calculated by the non-hydrostatic numerical model. The sounding data of atmosphere was provided by Wyoming University. Results of numerical studies, precipitation decreased while cloud increased with the increase of initial aerosol number concentration. Particle growth was observed around a radius of 0.3 mm. This indicates formation of drizzle particles and their growth. When the initial number concentration decreased, precipitation increased. Particle growth was observed around 0.6 mm while the formation of drizzle was suppressed. Finally, the effects of aerosol on cloud lifetime was suggested for warm clouds. When the initial aerosol number concentration is low [10.5 cm−3 ], precipitation was remarkably increased (over 50 mmhr−1 ). However, it increased 100 times [1050 cm−3 ], no precipitation and evaporation of cloud droplets becomes dominant and the lifetime of cloud decreases. From the above results, the cloud lifetime effect is effective for the warm rain formed offshore near Hawaii Island, and the rainfall in the atmosphere regrows to increase the rainfall. It is consistent with Takahashi et al. (1989). In addition, precipitation was remarkable when the aerosol number concentration was low, suggesting when strong precipitation is observed at offshore near Hawaii Islands, the aerosol number concentration in the atmospheric field is low. Because the chemical reaction in the gas phase and the liquid phase is not incorporated, the model is not detailed enough to describe aerosol-cloud interaction. Further, the numerical simulation is performed in two dimensions. For these reasons, the results obtained are still all preliminary.[BACK]