2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism of "warm rain" in urban atmosphere and optimization of numerical forecast models
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21H01163
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| Research Institution | National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention |
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Principal Investigator |
三隅 良平 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 水・土砂防災研究部門, 総括主任研究員 (20414401)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 明弘 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (20462525)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 降水過程 / 雲物理 / エアロゾル・雲相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず東京に形成される下層雲の雲物理的な変動特性を調査する目的で、東京スカイツリーの高度458m地点に設置した各観測機器を活用し、エアロゾルの数濃度と下層雲の雲粒数濃度の関係を調べた。その結果、エアロゾル数濃度の変動に雲粒数濃度が敏感に応答する雲（Aerosol-limitedレジーム）と、エアロゾル数濃度の変動にあまり応答しない雲（Updraft-limitedレジーム）、およびその中間的な雲（Transitionalレジーム）があり、これらの違いは、雲粒が形成される時の有効過飽和度で分類できることが分かった。さらにAerosol-limitedレジームが起こりやすい条件を調べたところ、下層で北風が卓越するときに頻繁に起こることが分かった。これは、東京に流入する北風は比較的エアロゾルの数濃度が小さいことと関係している。
次に東京において「暖かい雨」が起こった事例を抽出し、大気環境と降水雲の立体構造を調べた。その結果、下層に冷たい北東気流が入り、その上を暖湿な空気が乗り上げている状況でエコー頂が1.5km～3kmの浅い乱層雲が形成され、暖かい雨による降水が形成されていることが確認できた。これらの「暖かい雨」事例における雲粒粒径分布は、東京で観測される平均的な分布に近かった。
気象庁非静力学モデル（JMA-NHM）を用いて、東京で観測された「暖かい雨」のシミュレーションを行った。JMA-NHMは「暖かい雨」をもたらした乱層雲を概ね再現することができたが、雲粒数濃度の診断式に用いるパラメータの値を変化させると、降水量が観測値から大きく乖離することが分かった。この結果は、数値予報において、東京における「暖かい雨」を表現するのに適切な雲物理パラメータをチューニングする必要性を示唆している。
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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
当初の計画通り、東京スカイツリー高度458mに設置してある各観測機器を活用し、雨滴粒径分布、霧雨粒径分布、雲粒粒径分布、雲凝結核の数濃度、エアロゾル粒径分布の連続観測を行い、データを取得することができた。またシーロメータを東京スカイツリーの近傍に設置し、雲底観測を開始した。さらにKaバンドレーダによるRHIスキャンを活用し、東京に暖かい雨をもたらす乱層雲の事例解析を実施した。さらにJMA-NHMを用いて、東京における「暖かい雨」事例に関するシミュレーションを行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、東京スカイツリーに設置した機器によるエアロゾル・雲粒の直接観測、およびKaバンドレーダを用いた雲・降水観測を継続し、「暖かい雨」が起こる事例、起こらない事例について、雲粒粒径分布の変動特性を比較しながら解析する。また新たに詳細雲物理モデルを用いたシミュレーションを行い、東京における「暖かい雨」を再現する雲物理パラメータを調べる。さらにJMA-NHMを用いたシミュレーション結果と観測データを比較し、現状の数値予報モデルの問題点を明らかにする。
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