2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the generation mechanisms and nowcast of convective severe weather phenomena over diverse terrain by advanced methods
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19H00815
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
山田 芳則 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 室長 (80553164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 純至 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (00726193)
山田 朋人 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10554959)
林 修吾 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (20354441)
佐藤 晋介 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所リモートセンシング研究室, 研究マネージャー (30358981)
平田 祥人 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (40512017)
牛尾 知雄 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (50332961)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フェーズドアレイレーダー / 先端的風解析 / シビア現象 / 高解像度数値モデル / 非線形時系列解析 / 短時間予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
デュアル・フェーズドアレイレーダー解析のために必要となるソフトウェア群を整備して、降水システム内の3次元気流構造の時間発展が30秒間隔で解析できるようになった。この解析によって、対流活動が比較的活発な降水システムとあまり活発でない場合について30秒間隔で3次元風解析に着手した。風解析は、水平解像度 0.5 km, 鉛直解像度 0.25 km で実施可能であることがわかった。前者の場合、活発な対流セルでは上昇流は十数 m/s, 下降流も 10 - 15 m/s 程度が付随していたが、後者では上昇流の最大値は 数 m/s と小さい値であった。
2018年9月4日に関西地方に大きな強風害をもたらした台風21号について、関西地方に展開されている気象庁やXRAINの5台のレーダーを用いたマルチドップラーレーダー解析から、和泉山脈を越えた気流が下降流となって上空の大きな運動量を大気下層に送しているために大阪平野南部で強風が吹いていたこと、六甲山地と台風に伴う気流との相互作用によって 20 m/s に達するような強い上昇流を持つ強い対流雲からの降水によって神戸市で大雨がもたらされたことがわかった。
気象庁非静力学モデルを用い、理想条件において積乱雲に伴う乱流を解像できるようなラージ・エディ・シミュレーションを行った。上昇流速の解像度依存性等を調べている。また、全球アンサンブル予報から領域気象モデルのダウンスケール予報を実施可能になった
非常に高い時間解像度の気象データを用いた気象予測可能性という観点から、東京の1分間解像度の地上気象観測データを用いて、気象の曜日依存性の一端を明らかにした。特に、冬季には東京では日曜日に日射量が大きくなる傾向があることがわかった。
平地と山地での降水粒子の粒径分布や降水強度を比較するために、2台の降水粒子観測装置の機差のための観測を実施中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度に計画していた取り組みについて、一部では若干の遅れがあるものの、おおむね計画通りに進捗していると考えている。特に本課題の核の一つである、デュアルフェーズドアレイレーダーによる多様な地表面上での3次元風解析システムの整備が完了したことは大きな進展である。
フェーズドアレイレーダーデータの活用のための必要なソフトウェア群の整備が計画どおりに完了して、デュアル・フェーズドアレイレーダー解析によって高い時間解像度（30秒間隔）で風解析などが実行できるようになり、対流雲の実態解明とシビア現象の発生機構の解明に向けた環境が整った。気流は水平・鉛直方向にそれぞれ、0.5 km, 0.25 km の比較的高い解像度で解析可能である。本システムを用いたデュアル・フェーズドアレイレーダー解析に着手し、3次元の気流が適切に解析できることを確認した。整備した風解析システムは既存のドップラーレーダー網にも適用可能であり、気象庁やXRAINのデータから関西地方での強風や局地的豪雨の要因を解明した。
数値モデルで再現された結果とレーダー解析結果との比較を行い、モデル結果の妥当性の検証や対流雲の時間発展の解明などを行っている。一方、理想条件において積乱雲に伴う乱流を解像できるようなラージ・エディ・シミュレーションを実施し、上昇流速のモデル解像度依存性等の研究が計画どおりに進捗している。
平地と山地での降水強度や降水粒子の粒径分布の違いを観測するための降水粒子観測については、観測機器の機差のチェックのための比較観測を実施中である。ただし、新型コロナウィルス蔓延のために現地への出張ができず、機器の設置にやや遅れが見られる。
強雨の短時間予測に関して、吹田市に設置されているフェーズドアレイレーダーデータと同地点で観測された降水粒子観測データを関連付けるために、解析のためのデータを整理している。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に整備した3次元風解析システムを活用して、多様な地表面上でのデュアル・フェーズドアレイレーダー解析によってさまざまな対流雲の時間発展を明らかにしつつ、短時間強雨や突風などのシビア現象の発生機構を解明する研究を進めていく。この過程で鍵となるのがドップラー速度データの品質管理である。適切な品質管理は高精度の気流解析にきわめて重要である一方、多くの時間を要する。高速のフェーズドアレイレーダーでは、質の悪いデータの割合が通常のレーダーに比べて多くなる傾向がみられ、特に低い仰角において顕著である。品質管理を完璧に行う方法は現在でも考案されておらず、新手法の開発も研究期間内では困難である。30秒毎の速度データの大量処理の必要性から品質管理支援ソフトウェアを整備したものの、品質管理の作業効率を一層向上させることが研究の進展に重要である。既存の手法の改良などによって品質管理処理を軽減し、風解析の効率化を図る。
積乱雲に伴う乱流を解像できるようなラージ・エディ・シミュレーションやデュアル・フェーズドアレイレーダー解析を行った対流雲を対象として数値実験を行い、これらの実験結果とレーダーによる解析結果とを比較して、モデルの妥当性を検討するとともに、シビア現象の発生機構を考察する。また、数値モデルによる時間スケールが1時間未満の降水量に関してモデル結果と降水粒子観測とを比較し、雲微物理モデルの妥当性の検討や改良などを行う。降水粒子観測装置の設置は、新型コロナウィルスの蔓延に収束が見られるようになった時点で速やかに行う。
強雨の短時間予測については、吹田市に設置されているフェーズドアレイレーダーと同地点で観測された降水粒子観測データとを用いて、レーダー反射強度と地上での降水強度とを関連付ける手法などを開発する。このような解析は、3次元データから降水量の短時間予測の基礎となるものである。
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| Remarks |
今後、研究の進展とともに掲載する内容を充実させていく。
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