High-resolution numerical simulation of turbulent flows and dry deposition in mountainous forest

山岳林における乱流と乾性沈着に関する高分解能数値計算

中山 浩成   ; 堅田 元喜*

Nakayama, Hiromasa; Katata, Genki*

乾性沈着は、地表面付近の大気中ガスや微小粒子状物質が大気乱流や重力沈降により地表面に沈着する現象である。日本の森林の多くは、丘陵地など複雑地形上に成立しており、このような場所での乾性沈着量を正確に推計することは難しい。この問題に取り組むべく、我々は、地形や建物・樹木などの影響を受けた乱流過程とこれらの拡散過程を10m以下の高解像度で再現できる局所域高分解能大気拡散モデルの開発を進めている。本研究では、局所域高分解能大気拡散モデルに乾性沈着スキームを導入し、まず、エッジを有する植生キャノピーを対象にした乾性沈着に関する風洞実験結果と比べた。その結果、沈着量分布はキャノピーエッジで鋭いピークを示し、キャノピー内部ではほぼ一定の分布を示し、風洞実験結果と同様な結果が得られたことを確認した。次に、東京郊外の研究林に適用し、複雑な森林構造とPM2.5の乾性沈着分布の関係を調べた。その結果、沈着量分布は、植生キャノピーエッジで鋭いピークを示し、植生ギャップでは急激に減少するなど、局所性の強い分布特性を示すことが分かった。

Dry deposition is important process of chemical material input of gaseous and particulate forms from the atmosphere into the terrestrial ecosystem near the ground surface in the planetary boundary layer. It is difficult to accurately estimate dry deposition amounts for such areas. First, we incorporate our particle dry deposition scheme into the loca-scale high-resolution atmospheric dispersion model and perform test simulations in comparison to indoor experiments. Next, we apply to the hilly-terrain forest in a field-site to analyze the impact of topography and forest structure to dry deposition. It is found that the model successfully simulated the maximum values at the edge of the forest and exponential decrease with a downwind distance from the edge as well as the experiments. Furthermore, for the field-site, the distribution of dry deposition shows a peak at the forest edge, rapidly decreases with a downwind distance from the edge. Although the local decrease is observed at the forest gap, that shows nearly constant within the canopy.