CAMJ 第一回日本気象予報士会研究成果発表会 2009Feb.15 佐藤元@神奈川
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@ 空気塊の運動のシミュレーション

【動機】
    →紙の上に書いてある数式や現象を、自分のパソコンの上に再現して
     さまざまな角度から確かめてみたい。
    →現象をパソコンで「動き」として見ることができ、
     従って、現象の「変化」を視覚化でき、
     現象の「予測」に関しての直感的理解を助ける。

  方法→気象の理論式をプログラム化し、自分のパソコンで動かす。
  材料→教科書(一般気象学や地球流体力学等)や気象庁等の出版物に掲載されている
     現象や数式を主たる対象とした。
  横展開→インターネット上でも動くようにした。

【現象】風に流される台風  【OHP-1、円+X・Y軸】【OHP-1、ベストトラック】

  ポイント→雲や煙突の煙が風に流される。では、回転している空気が指向流に流さ
       れるとき、空気塊の運動の軌跡は、いかになるかを見る。 その前に、
              渦が流される代表例として、台風のベストトラックを描いて見よう。

  操作→指向流の風向、風速を、0、30、50m/secに変える。
  説明→円周上の一つの空気塊に着目し、円周上の位置によって、描く軌跡がさまざま
     となる、ことを言う。

【数式】風速の予測 【OHP-2、微分方程式】

  ポイント→この程度のことが気象の素人でも自宅で、自分のパソコンでできる事例を示す。

  操作→コリオリ力、気圧傾度力の数値を各種変えて、計算させ、風速 UV の変化の様子を描く。
  説明→プリミティブ方程式の一部を数値計算する。コリオリ力、気圧傾度力を自由に変えて、
     風速がいかに変化するかを実感する。
          ∂u/∂t=−(u∂u/∂x+v∂u/∂y+w∂u/∂z) 
                +2Ωsinφv−∂p/ρ∂x+Fx 
           ∂v/∂t=−(u∂v/∂x+v∂v/∂y+w∂v/∂z) 
            −2Ωsinφu−∂p/ρ∂y+Fy 
  関連→カオスの例:ローレンツのストレンジ・アトラクターを3D回転しつつ、紹介する。
     ∂x/∂t=−γx+γy、 ∂y/∂t=−xz+μx−y、 ∂z/∂t=xy−bz

台風のベストトラック
カオス(ローレンツのストレンジ・アトラクター)