2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of bulk lightning model for the next-generation numerical weather prediction

Research Project

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Project/Area Number	20H04196
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 60100:Computational science-related
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	Sato Yousuke 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (10633505)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	林修吾気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (20354441) 橋本明弘気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 室長 (20462525) 本田匠北海道大学, 理学研究院, 特任助教 (60756857) 三浦裕亮東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70415991)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	雷放電 / 雲物理 / 数値予報
Outline of Final Research Achievements	In this study, we developed a bulk lightning model aiming to directly forecast lightning for next-generation numerical weather prediction. We extended the bulk lightning model to real case simulation, and validated it by comparing the model with the observation. Through the comparison, we elucidated the advantages of the bulk lightning model compared with the empirical parameterization to diagnose the lightning frequency. Additionally, we developed data assimilation techniques using the bulk lightning model and investigated the potential contribution of lightning observations to improving numerical forecasts through observational system simulation experiments. As well as these developments outlined above, we also conducted fundamental developments such as speeding up the bulk lightning model and developing a Poisson solver for global scale model to utilize the bulk lightning model in next-generation numerical weather prediction.
Free Research Field	気象学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	高度に電子化された現代社会において、雷は大きな脅威であり、その基礎的な理解の向上や雷の予測技術を開発することは、学術的な観点のみならず、防災・減災の観点からも大きな意義がある。雷の被害を防止するための情報は現在でも存在しているが、多くは観測の外挿に基づくものであり、雷が起こる直前でなければ予測は難しい。そこで、数値シミュレーションによって1日前には精度の高い予報ができる「数値天気予報」において、雷を直接予報できる気象雷モデルを現実事例に拡張し、将来の数値天気予報で雷を直接予報する基盤的な開発を実施した。同時に雷を直接扱うことで初めて可能になる数値実験を実施した。