2021 Fiscal Year Annual Research Report
Assimilation of new-generation satellite observations and understanding of interaction between tropical cyclone and upper atmosphere
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19H01973
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
岡本 幸三 気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 室長 (40584660)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 章義 気象庁気象研究所, 台風・災害気象研究部, 室長 (20354475)
石井 昌憲 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (70359107)
宮本 佳明 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 准教授 (90612185)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 台風上層場相互作用 / 衛星データ同化 / ひまわり / 風ライダー / 外出流 / トラフ / 寒冷渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、２つの課題「１. 衛星データ同化の高度化による、高精度な大気上層解析場の構築」「2. この解析場を用いた、台風と大気上層場の相互作用メカニズムを解明」からなる。
課題１では、3つのサブ課題（①ひまわり全天候同化、②マイクロ波陸域利用、③衛星風ライダー（DWL）利用）を進めている。サブ課題①では、雲を考慮した観測誤差モデルの高度化（相関を考慮）やバイアス補正、最新版の放射伝達モデルを導入した。同化実験から特にバイアス補正の影響が大きいことが分かった。サブ課題②は、動的にマイクロ波陸上射出率を推定する手法を開発し、降水判定処理が予測改善に大きな影響を与えることが分かった。サブ課題③は、DWLを搭載したAeolus衛星同化処理を改良し、上層風場の更なる改善や台風の進路予測を改善した。
課題２では、④寒冷渦等の影響評価、⑤台風外出流の影響調査、⑥トラフや偏西風との相互作用評価、という３つのサブ課題を実行している。サブ課題④は、2018年台風第12号について、非静力学大気波浪海洋結合モデルを用いて数値計算を実施し、台風予測不確実性への影響は海洋結合よりも大気初期値の方が大きいことが分かった。さらに海洋結合の効果は、台風域の潜熱や降水量の減少、強化抑制だけでなく、寒冷渦域での潜熱や降水量減少、高渦位分布にも影響し、台風進路予測にも影響を与えることが分かった。サブ課題⑤では、2019年台風第15号が過去最強の強度で上陸した理由を明らかにするため数値計算を行った。日本沿岸の水温・大気の条件が台風にとって好ましかった一方で、台風の構造は理論が示すような外出流の構造では決められず、理論に課題があることが示唆された。サブ課題⑥では、2021年の台風について総観場を調査し、台風第8号の不規則な進路や 台風第19号の大きな進路予報誤差に上層擾乱が影響していた可能性を示した。
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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
いずれのサブ課題もほぼ予定通り進展している。コロナ禍において直接顔を合わせてのメンバー間の打合せや外部での発表はできなかったが、オンライン打合せの開催、オンライン会議への参加・発表、論文執筆・改稿をほぼ予定通り行っている。
課題１（衛星データ同化開発）では、基本的な開発はほぼ終了しているものの、サブ課題③を除き、上層解析場の改善がまだ十分とは言えないため、処理の改良や検証を引き続き行っている。例えばサブ課題①では、上層水蒸気場の改善は得られているが、下層の気温場で悪化する場合があり、その原因や対策を調査している。サブ課題③は大気上層風の解析場や台風進路予測への改善は確認できたので、そのメカニズムについて詳細な調査を開始した。特に台風に対するAeolus衛星の観測位置と関係や、台風構造への影響について調査している。また台風発生環境場、特に発生前の渦中心近傍を通過した寒冷渦の経過と構造調査も行っている。
課題２（台風メカニズム解明）においても、ほぼ計画通りに進展している。サブ課題④は、上述した2018年台風第12号と寒冷渦との相互作用に対する海洋結合や初期値の影響調査の結果について、論文にまとめ出版済みである。サブ課題⑤ではこれまでに、台風の構造には既存の理論が適用できなく、更なる理解が求められることが分かった。特に、この理論の根幹である台風の外出流層で生じる乱れが課題である。大気上層の風によって生じる乱れは、ジェット気流や対流雲近傍などでも観測され、航空機にも影響を与えることで知られるが、その性質などは良く分かっていない。そこで、乱気流の指標を用いて、外出流層での乱れの分布や乱気流発生の背景場の解析を行なっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度も引き続き課題１は同化処理の検証・改良、課題２は現象分析・解明をさらに進める。
サブ課題①は、バイアス補正などのデータ処理の開発・改良を引き続き進め、データ同化実験を通して詳細な検証を行い論文としてまとめる。サブ課題②は、陸上での降水の判定方法について調査を進め、上層解析場や台風の移動へ影響についても調査する。サブ課題③は課題２での知見を活用しながら、Aeolus同化条件と台風構造・移動との関係や、寒冷渦と発生過程の関係を詳細に調査し、論文としてまとめる。さらに課題１全体の計画として、これらのサブ課題で開発された各衛星同化処理を、可能な範囲で統合して相乗効果を調査する。
サブ課題④は、2018年台風第12号について低気圧位相空間で解析を行い、海洋結合や初期値の違いよる台風構造への影響を調査する。また台風のサイズが、台風の構造や強さ、西風ジェットとの相互作用に及ぼす影響について調査し、論文としてまとめる。サブ課題⑤は、昨年度までの研究から台風の構造（外側の風速分布）を決める上で、外出流層の風が重要な役割を担うことが示唆された。台風の風速分布がどのようにして決まるのかは未解明であり、強度や進路の研究に比べて理解が進んでいない。そこで今後は、外出流層の風の影響を考慮して、台風の中心外側で風速を決める理論を構築することを目指す。サブ課題⑥は、引き続き2022年の台風についても上層擾乱の役割に焦点を当てて調査を行う。
今年度は本課題の最終年度であるので、課題１と課題２での知見の融合も重要となる。課題２において、台風の発達や進行における上層場の影響に関する詳細なメカニズムがいくつか明らかになってきたので、これを課題１、特に前述したようにサブ課題③のAeolus衛星風同化による台風進路や発生の予測改善要因の詳細な調査に適用する。さらに本知見を同化処理改善に応用できるか検討・試験する。
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[Presentation] Validation experiment for Aeolus Level 2A and 2B products in Japan2022
Author(s)
Ishii, S., H. Iwai, M. Aoki, M. Ohshiro, T. Nishizawa, Y. Jin, N. Sugimoto, H. Takenaka, E. Oikawa, and H. Okamoto
Organizer
Aeolus 3rd Anniversary Conference
Int'l Joint Research
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