名古屋大学的一个研究小组使用日本最快的超级计算机准确模拟了东京周围晴天时发生的空气湍流。然后，他们将研究结果与飞行数据进行比较，以创建更准确的预测模型。这项研究发表在《地球物理研究快报》杂志上。
尽管空气湍流通常与恶劣天气有关，但即使在晴朗无云的日子，机舱也会剧烈晃动。这些湍流空气运动被称为晴空气湍流 (CAT)，可以在没有任何可见云层或其他大气扰动的情况下发生。尽管引起 CAT 的确切机制尚不完全清楚，但据信主要是由风切变和大气不稳定驱动的。
CAT 对航空安全构成很高的风险。本来平静的一天突然出现湍流可能会导致乘客和机组人员受伤、飞机损坏以及航班运营中断。飞行员依靠其他飞机、气象雷达和大气模型的报告来预测和避开潜在的湍流区域。然而，由于 CAT 没有显示可见的指标，例如云或风暴，因此检测和预测特别具有挑战性。
当风旋转和循环时，气流会突然发生变化，产生的涡流可能会摇晃飞机。因此，为了更好地理解 CAT，科学家使用大涡模拟 (LES) 对其进行建模，这是一种用于模拟这些湍流的计算流体动力学技术。然而，尽管 LES 对空气湍流研究很重要，但其最大的挑战之一是计算成本。模拟 LES 中涉及的复杂交互需要高水平的计算能力。
为了使用高分辨率 LES 精细模拟湍流产生过程，名古屋大学的研究小组转向了一台名为 Fugaku 超级计算机的百亿亿级计算机。它是一个高性能计算系统，目前排名世界第二快的超级计算机。
利用 Fugaku 强大的计算能力，名古屋大学的 Ryoichi Yoshimura 博士与东北大学的 Junshi Ito 博士和其他人合作，对冬季东京羽田机场上空由低压和附近大气层造成的 CAT 进行了超高分辨率模拟。山脉。
他们发现风速扰动是由开尔文-亥姆霍兹不稳定波的崩溃引起的，开尔文-亥姆霍兹不稳定波是一种特殊类型的不稳定，发生在不同速度的两层空气之间的界面。由于一层的速度高于另一层，因此它在拉动速度较低的层时会产生类似波浪的效果。当大气波从西边增长并在东边塌陷时，这种现象会产生几个细小的漩涡，从而产生湍流。
在进行计算后，该小组需要确认他们的模拟涡流是否与现实世界的数据一致。“在东京周围，有大量观测数据可以验证我们的结果，”吉村说。“有很多飞机在机场上空飞行，这导致了许多关于湍流和剧烈震动的报告。还使用了东京附近气球的大气观测结果。当时记录的震动数据证明了计算的正确性。”
吉村说：“这项研究的结果应该有助于通过高分辨率模拟更深入地了解湍流产生的原理和机制，并使我们能够更详细地研究湍流对飞机的影响。” “由于已证明在有限的 3D 区域中会发生严重的湍流，因此如果提前知道存在活跃的湍流，则可以通过调整飞行高度来确定不在该区域飞行的路线。LES 将通过提供更准确的湍流预报和实时预测来提供一种智能的飞行方式。”
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