[Japanese]
修士論文要旨(遠藤 智史)
2004年初夏の中国淮河流域における
対流境界層内の鉛直循環の特徴
遠藤 智史
本研究の目的は、2004年初夏の中国淮河流域における対流境界層とその内部の
鉛直循環の特徴を明らかにすることである。中国淮河流域は広大な平野であり、
地表面はほぼ一様な農地である。この地域では二毛作が行われており、初夏に
地表面状態が成熟した小麦畑、裸地、水田の順に変化する。
まず、1290 MHzウインドプロファイラとフラックス観測システムによる観測デー
タを解析した。地表面フラックス観測の結果、地表面が成熟した小麦畑もしく
は裸地であった期間は、顕熱フラックス、潜熱フラックスの値が同程度であっ
た。一方、地表面が水田であった期間は、顕熱フラックスの値が小さく潜熱フ
ラックスの値が非常に大きいという特徴がみられた。そこで、それぞれの期間
を乾燥期、湿潤期と定義し、晴天である代表日を選んで詳細な解析と比較を行っ
た。ウインドプロファイラ観測の結果、乾燥期には大きな顕熱フラックスの値
に対応して、対流境界層内部には大きな上昇速度を持ったサーマルが見られ、
対流境界層は午前早くから急速に深くまで発達した。湿潤期には小さな顕熱フ
ラックスの値に対応して、対流境界層内部には上昇速度の小さなサーマルが見
られ、対流境界層は午前遅くからゆっくりと浅く発達した。サーマルとその補
償下降流により構成される鉛直循環は対流境界層内に限って存在していた。対
流境界層の上端高度が高かった乾燥期の循環に比べ、上端高度が低かった湿潤
期の循環の水平スケールは小さかった。しかし、乾燥期の13 -- 15 LSTにおけ
る鉛直流の時間平均のプロファイルが下層から中層で正値、対流境界層上端付
近で負値となる現象はランダムなサーマルでは説明することができなかった。
そこで、観測では得られていない温度・湿度の変動量を含む三次元構造を調べ、
循環による鉛直輸送量を評価するため、数値モデルCReSSを用いた再現実験を
行った。観測された地表面フラックスと対流境界層が、乾燥期・湿潤期共に再
現された。乾燥期の対流境界層中層には、平均的な水平風にほぼ平行な走向で
線状に並んだロール状対流が存在していた。ウインドプロファイラにより観測
された鉛直流の平均値のプロファイルはロール状対流の上昇流域に対応するも
のであると考えられる。これにより、準二次元構造が鉛直一次元の観測に与え
る影響の一例を示した。次に、対流境界層内の熱・水蒸気の鉛直フラックスを
算出し、それぞれの浮力フラックスへの寄与を調べた。乾燥期は浮力フラック
スはほとんど熱フラックスに依っていた。一方、湿潤期は水蒸気フラックスが
熱フラックスと同程度に浮力フラックスへ寄与することを示した。対流境界層
の発達に影響を及ぼす浮力フラックスに対して、熱フラックスだけではなく水
蒸気フラックスも寄与するという特徴は、水田から大きな潜熱フラックスが供
給される湿潤な陸域における対流境界層の特徴であると考えられる。
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[English]
Characteristics of Vertical Circulation
in the Convective Boundary Layer
over the Huaihe River Basin in China
during Early Summer in 2004
Satoshi ENDO
A purpose of this study is to clarify characteristics of convective
boundary layer (CBL) and vertical circulation in the CBL over the
Huaihe River Basin during early summer in 2004. The Huaihe River
Basin has a large plain in which farmland is nearly uniform and flat,
and double cropping (wheat and rice) is cultivated annually. In early
summer, the vegetation change from mature wheat fields to paddy
fields.
Firstly, the data observed by 1290 MHz wind profiler radar (WPR) and
30 m flux tower was analyzed. In the fomer period which vegetation
was mature wheat fields or bare fields, sensible heat flux (SHF) from
land surface was narly equal to latent heat flux (LHF). In the latter
period which vegetation changed to paddy fields, LHF was much larger
than SHF. ``Dry-case'' as a representative of the fomer period and
``wet-case'' as that of the latter period are defined, and two fine
days are selected for my analyses. On the dry-case, a deep CBL
corresponding to large SHF developed rapidly from early morning.
Thermal updrafts in the CBL were strong. On the wet-case, a shallow
CBL corresponding to small SHF developed slowly from late morning.
Thermal updrafts in the CBL were weak. The circulation formed by
thermal updrafts and inter-thermal downdrafts was detected only below
the height of the CBL top, therefore the circulation on the dry-case
was higher than that in wet-case. However vertical motion profiles
averaged from 13 to 15 LST on the dry-case can not be explained by
random thermal updrafts. The time-mean vertical motion was positive
value from surface to the middle of the CBL, and was negative value
near the CBL top.
Secondly, numerical simulation using the CReSS (Cloud Resolving Storm
Simulator) is conducted in order to investigate three-dimensional
structure including temperature and humidity, and to evaluate vertical
flux caused by the circulation. The surface heat flux and the
development of the CBL on both cases were reproduced adequately. In
the middle of the CBL on the dry-case, roll-convection which aligned
parallel with the mean horizontal wind was formed. The vertical
motion profiles observed by WPR were explained by the updraft region
of the roll-convection. Vertical heat and moisture fluxes in the CBL
were estimated. On the dry-case, the heat flux contribute to almost
all of the buoyancy flux. On the wet-case, in contrast, the
contribution of the moisture flux was equaled to that of the heat
flux. Large contribution of the moisture flux to the buoyancy is the
characteristics of the CBL in humid continental area.
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