研究紹介 / Research

メソ・微細スケールの極端気象の力学過程や内部構造の特徴を明らかにする研究に取り組んでいます。ラージ・エディ・シミュレーション(LES)とよばれる乱流を解像する「超」高解像計算を活用した、様々な現象に対する研究を展開しています。シミュレーション以外にも、観測や統計手法、数値解析、モデル開発などを通した研究も行っています。

I study extreme phenomena in meso- or micro-scale meteorology. Numerical simulations with ultra-fine resolutions resolving turbulence (large eddy simulations; LES) are useful to elucidate dynamics, structures, and many features. Various related topics and methods are addressed (observations, statistical methods, numerical analysis, model development, etc.).

台風 ／ Tropical cyclone

台風全域を収める計算領域において、水平解像度を100mとして世界最大規模のLESを実施しました。３種類（うち２種類は本研究で初めて提案）のロール構造の存在を示しました。

線状降水帯 ／ Quasi stationary line-shaped precipitation system

極端な降水をもたらす「線状降水帯」をLESの理想化実験で再現し、降水維持のメカニズムを明らかにしました。現実事例（2014年広島豪雨など）の高解像度シミュレーションにも協力しています。

  • 論文/Paper ー Junshi Ito, Hiroshige Tsuguchi, Syugo Hayashi, and Hiroshi Niino: Idealized high-resolution simulations of a back-building convective system that causes torrential rain, J. Atmos. Sci., 78, 117-132, 2021. https://doi.org/10.1175/JAS-D-19-0150.1
  • 論文/Paper ーTsutao Oizumi, Kazuo Saito, Junshi Ito, Tohru Kuroda, Le Duc: Ultra-High-Resolution Numerical Weather Prediction with a Large Domain Using the K Computer: A Case Study of the Izu Oshima Heavy Rainfall Event on October 15-16, 2013, J. Meteor. Soc. Jpn., 96, 25-54, 2018. https://doi.org/10.2151/jmsj.2018-006

竜巻 ／ Tornado

高解像度のシミュレーションを用いて竜巻について調べています。台風のレインバンドに生じた宮崎県延岡市の竜巻を再現に成功しました。

  • 論文/Paper ー Numerical simulation of tornadoes in a mini-supercell associated with Typhoon Tapah on 22 September 2019, J. Meteorol. Soc. Jpn., 102, in press, 2024.

ダストデビル(塵旋風)/Dust devil

ダストデビル・塵旋風/(Dust devil) ＠Arizona

晴天時の日中、地上付近に生じる半径数m、秒速10〜20mくらいの突風をもたらす鉛直渦です。 砂漠・裸地では地面からダストを舞い上げるので、渦が可視化されます。 竜巻に似た見た目ですが、積乱雲による吸い上げが重要とである竜巻とは生成機構が異なります。

発生メカニズムや環境を数値シミュレーションを利用して調べています。 対流が生じている地表面近くの大気（対流混合層）で自発的に生成されます。

Dust devils are small-scale atmospheric vortices with wind speeds of several 10 m/s. Unlike tornadoes, they occur in fine weather conditions. Lifted dust particles on the desert visualize these vortices. We investigaed dynamics to form dust devils in convective boundary layers.

ダストデビルの観測も行っています。PIVとよばれる画像解析を行い、ビデオ映像のみから風速を推定しました。

A field observation was performed. PIV (Particle Image Velocimetry) is applied for a video that observes a dust devil to estimate its wind speed.

大気境界層モデルとTerra Incognita問題 / PBL parameterization and "Terra Incognita (Greyzone)" problem

数値気象モデルが高解像度化し、乱流が解像される場合、従来のパラメタリゼーションの利用が不適切になります。これは"Terra Incognita問題”や”グレーゾーン"問題と呼ばれています。乱流のエネルギー散逸率を一定に保つような適応策を、代表的な大気境界層モデルであるMellor-Yamadaモデルについて提案しました。

  • 論文/Paper ー Junshi Ito, Hiroshi Niino, Mikio Nakanishi, and Chin-Hoh Moeng: An extension of the Mellor-Yamada model to the Terra Incognita zone for dry convective mixed layers in the free convection regime, Boundary-Layer Meteorol., 157, 23-43, 2015. https://doi.org/10.1007/s10546-015-0045-5

対流混合層の乱流・拡散 / Diffusion in convective boundary layers

　晴天時の日中の大気は下面から熱せられるため、活発な対流が生じます。対流が生じている地面近くの大気層を対流混合層と呼びます（日中は高度1〜2kmに達します）。対流混合層の基礎的なを物理的性質（拡散など）を、数値シミュレーション（ラージ・エディ・シミュレーション）により調査・定量化しています。

  • 論文/Paper ー Junshi Ito, Hiroshi Niino, and Mikio Nakanishi: Horizontal turbulent diffusivity in convective mixed layer, J. Fluid Mech., 758, 553-564, 2014. https://doi.org/10.1017/jfm.2014.545

自由大気の乱流（乱気流） ／ Turbulence in free atmosphere (Aviation turbulence)

航空機の運航にも影響する対流圏高高度の乱流を研究を行っています。

  • 論文/Paper ー R. Yoshimura, J. Ito, P. A. Schittenhelm, K. Suzuki, A. Yakeno, and S. Obayashi: Clear air turbulence resolved by numerical weather prediction model validated by onboard and virtual flight data, Geophys. Res. Lett., 50, e2022GL101286, 2023.　 https://doi.org/10.1029/2022GL101286

チェジュ島下流の「カルマン渦」　／　"Kármán Vortex Shedding from Jeju Island"

寒気吹き出し時に生じる「カルマン渦」のシミュレーションを行いました。 ＊この「カルマン渦」は成層流体に特有の現象であり、一般的な物体後流に生じる粘性流体のカルマン渦とは異なる現象です。

  • 論文/Paper ー Junshi Ito and Hiroshi Niino: Atmospheric Kármán Vortex Shedding from Jeju Island, East China Sea: A Numerical Study, Mon. Wea. Rev., 144, 139-148, 2016. https://doi.org/10.1175/MWR-D-14-00406.1

局地風「肱川あらし」　／ A local wind, "Hijikawa-Arashi"

愛媛県大洲市の肱川河口に秋から初冬の早朝、霧を伴った局地風がみられます。高解像度の気象モデルによって霧の流出の再現し、発生環境や河口における強風をもたらすメカニズムについて考察しました。

  • 論文/Paper ー Junshi Ito, Toshiyuki Nagoshi, and Hiroshi Niino: A numerical study of "Hijikawa-Arashi": a thermally-driven gap wind visualized by nocturnal fog, J. Appl. Meteorol. Climate., 58, 1293-1307, 2019. https://doi.org/10.1175/JAMC-D-18-0189.1

熱帯の降水システム　／ Heavy precipitation in tropical region

高解像度シミュレーションを用いて、複雑地形やコールドプールの寄与により組織化する熱帯の降水系を調べています。

  • 論文/Paper ー Cathrene Lagare, Takeshi Yamazaki, and Junshi Ito: Numerical simulation of a heavy rainfall event over Mindanao, Philippines, on 03 May 2017: mesoscale convective systems under weak large-scale forcing, Geosci. Lett., 10, 23, 2023.　 https://doi.org/10.1186/s40562-023-00277-8