積乱雲を解像した高解像度モデルを用いた新たな竜巻等突風の予測手法に関する研究

• 研究課題/領域番号: 20K04071
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17020:大気水圏科学関連
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 益子 渉 気象庁気象研究所, 台風・災害気象研究部, 室長 (30354476)
• 研究分担者: 梅原 章仁 気象庁気象研究所, 台風・災害気象研究部, 研究官 (10845944)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 気象学 / 自然現象観測・予測 / 自然災害

研究開始時の研究の概要

本研究では、未だ十分に理解されていない日本において竜巻等突風をもたらす積乱雲について、二重偏波ドップラーレーダーによる観測データや超高解像度数値シミュレーションデータ、全国の詳細な地上観測データなどを用いて、その構造と特徴を明らかにする。そして、その結果をもとに、米国で用いられている最新の予測手法も取り入れながら、高解像度モデルを用いた新たな竜巻等突風の予測手法の開発を行う。

研究実績の概要

本研究の目的は、二重偏波ドップラーレーダーや数値シミュレーションなどを用いて、日本で発生する竜巻などの突風をもたらす積乱雲について、その構造と特徴を明らかにするとともに、その結果をもとに高解像度モデルを用いた新たな竜巻等突風の予測手法の開発を行うことである。これまでの調査において、米国のスーパーセル竜巻の予測指数として利用されているアップドラフトヘリシティが日本で発生する竜巻についても有効な指数であるこが確かめられた。
本年度においては、なぜ日本で頻繁に発生する線状の対流システムに伴う竜巻に対しても有効にはたらくのか、突風をもたらさなかった2021年九州南部の大雨や2020年球磨川豪雨の事例について詳細に解析した。雨滴の蒸発冷却率を調節してコールドプールの強さを変える感度実験を行った結果、コールドプールと鉛直シアのバランス関係が降水システムの構造や強さを規定しているが、下層の上昇流の強さには関係しないことが分かった。コールドプールをほぼなくした実験では高度5kmの上昇流が最も大きく強い対流域が形成されたが、竜巻の発生に重要な下層1km以下の上昇流については最も弱いことが分かった。その下層の上昇流の強さはコールドプールに起因した力学的な上昇流の寄与が大きいことが、トラジェクトリー解析や鉛直方向の運動方程式の診断から明らかになった。このことは、スコールラインタイプの方が突風をもたらす可能性が高いことを示す結果で、一般的な観測結果と整合的あり、アップドラフトヘリシティを用いた突風の予測において、下層の重みを高めた方がよいことを示唆する結果が得られた。
その他、突風の発生予測に重要な積乱雲内の降水粒子分布を把握するため、降水粒子撮像ゾンデによる直接観測結果を利用した二重偏波ドップラーレーダーによる降水粒子判別のアルゴリズムの改良を引き続き行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

日本で発生する線状の対流システムについて、コールドプールと鉛直シアのバランス関係がシステムの構造や強さを規定することや、竜巻の発生に重要と考えられる下層の強い上昇流の要因について力学的なメカニズムを明らかにすることができたため。
また、新たな突風予測指数としてアップドラフトヘリシティの有効性が確認されただけでなく、日本で発生頻度の高い非スーパーセル竜巻の代表であるスコールラインタイプの突風では、より下層を重視したものに改良することで、精度向上が見込める結果が得られたため。

今後の研究の推進方策

日本で発生する竜巻等突風予測指数として高解像度モデルを用いたアップドラフトヘリシティを適用し、これまでの成果をもとにしてその精度を向上させるため、下層により重みを置いたものになるように改良を試みる。
また、引き続き、顕著な突風事例について、高解像度数値シミュレーションや二重偏波ドップラーレーダーを用いた積乱雲の構造とその特徴の解析を行う。
その他、これまでの研究成果についてとりまとめを行い、学術論文や報告物、学会発表等で成果を公表する。

研究成果

• [雑誌論文] Forecast and Numerical Simulation Studies on Meso/Micro-scale High-Impact Weathers Using High-Performance Computing in Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Saito, Takuya Kawabata, Hiromu Seko, Takemasa Miyoshi, Le Duc, Tsutao Oizumi, Masaru Kunii, Guixing Chen, Kosuke Ito, Junshi Ito, Sho Yokota, Wataru Mashiko, Kenichiro Kobayashi, Shin Fukui, Eigo Tochimoto, Arata Amemiya, Yasumitsu Maejima, Takumi Honda, Hiroshi Niino, and Masaki Satoh
  • 雑誌名: Numerical Weather Prediction: East Asian Perspectives. Springer Atmospheric Sciences 巻: - ページ: 461-481
  • DOI: 10.1007/978-3-031-40567-9_18
  • ISBN: 9783031405662, 9783031405679
• [雑誌論文] 数値シミュレーションによるスーパーセル竜巻の発生機構に関する研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 益子 渉
  • 雑誌名: 月刊海洋 号外63「竜巻シンポジウム－藤田哲也博士生誕100年を記念して－」 巻: 63 ページ: 92-98
• [雑誌論文] 我が国における竜巻研究－気象学の立場から－ (2022)
  • 著者名/発表者名: 新野 宏，益子 渉
  • 雑誌名: 月刊海洋 号外63「竜巻シンポジウム－藤田哲也博士生誕100年を記念して－」 巻: 63 ページ: 8-22
• [雑誌論文] 二重偏波レーダーによる竜巻観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 梅原 章仁、足立 透、益子 渉、山内 洋
  • 雑誌名: 月刊海洋 号外63「竜巻シンポジウム－藤田哲也博士生誕100年を記念して－」 巻: 63 ページ: 63-68
• [雑誌論文] Observed Near-Surface Wind Structure in the Inner Core of Typhoon Goni (2015) (2021)
  • 著者名/発表者名: Mashiko Wataru、Shimada Udai
  • 雑誌名: Monthly Weather Review 巻: 149 ページ: 1785-1800
  • DOI: 10.1175/mwr-d-20-0294.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of the Tornadic Debris Signatures of the Ichihara Tornado in a Typhoon Environment Using Two Operational C-band Dual-Polarization Weather Radars (2021)
  • 著者名/発表者名: Umehara Akihito、Adachi Toru、Mashiko Wataru、Yamauchi Hiroshi
  • 雑誌名: SOLA 巻: 17 号: 0 ページ: 196-201
  • DOI: 10.2151/sola.2021-034
  • NAID: 130008120713
  • ISSN: 1349-6476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 気象災害委員会・第53回メソ気象研究会合同研究会－甚大な災害をもたらした2019年台風第15号と第19号の実態に迫る－の報告 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮本佳明，柳瀬亘，加藤輝之，益子渉
  • 雑誌名: 天気 巻: 68 ページ: 37-42
  • オープンアクセス
• [学会発表] 数値シミュレーションを用いたつくば竜巻の発生機構・微細構造に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: つくば市竜巻災害から11年 シンポジウム―推進されたこと・残された課題－
  • 招待講演
• [学会発表] 線状の降水システムの組織化と発達・維持機構 －2020年7月4日に球磨川流域で発生した豪雨事例－ (2023)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 2023年気象学会秋季大会
• [学会発表] 2021年7月10日九州南部に大雨をもたらした線状の降水システムの発達・維持機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 第2回線状降水帯のメカニズム・環境場形成・階層構造に関する研究会
• [学会発表] 線状の降水システムの組織化と発達・維持機構 －2021年7月10日九州南部の豪雨事例－ (2023)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 2023年気象学会春季大会
• [学会発表] 二重偏波レーダーによる降水粒子判別結果と降水粒子撮像ゾンデ画像との比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 梅原章仁,鈴木賢士,原優里佳,山内洋,猪上華子,南雲信宏,鵜沼昂
  • 学会等名: 2023年気象学会春季大会
• [学会発表] 2021年7月10日に九州南部に大雨をもたらした降水システムの特徴 (2022)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 2022年気象学会春季大会
• [学会発表] 2021年7月10日に九州南部に大雨をもたらした降水システムの特徴（第2報） (2022)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 2022年気象学会秋季大会
• [学会発表] 2021年7月10日に九州南部に大雨をもたらした降水システムの発達・維持機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 「線状降水帯の機構解明・予測技術の向上」発表会
• [学会発表] 2021年7月10日に九州南部に大雨をもたらした降水システムの内部構造と発達・維持機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 「線状降水帯の停滞メカニズムおよびその環境場形成に寄与する大気擾乱の階層構造の解明」に関する研究会
• [学会発表] 台風第15号に伴う暴風・突風の特徴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 第53回メソ気象研究会・気象災害委員会合同研究会「甚大な災害をもらした2019年台風第15号と第 19号の実態に迫る」
• [学会発表] アメダス1分値データを用いた突風の統計解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 2021年気象学会秋季大会
• [学会発表] 平成30 年台風21 号における強風被害発生確率モデルの提案 (2021)
  • 著者名/発表者名: 尾田春雄，益子渉， 友清衣利子， 野田稔
  • 学会等名: 2021年日本風工学会年次大会
• [学会発表] Application of Hybrid Meteorological Model/ Engineering LES Analysis to Very Strong Typhoon Jebi 2018 (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Kawaguchi, Tetsuro Tamura, Wataru Mashiko
  • 学会等名: The 13th International ERCOFTAC symposium on engineering, turbulence, modelling and measurements
  • 国際学会
• [学会発表] PAWRで観測された令和元年房総半島台風に伴う境界層ストリーク (2021)
  • 著者名/発表者名: 足立透、益子渉
  • 学会等名: 2021年気象学会秋季大会
• [学会発表] 数値シミュレーションによるスーパーセル竜巻の発生機構に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 竜巻シンポジウム－藤田哲也博士生誕100年を記念して－
• [学会発表] 二重偏波レーダーによる竜巻観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅原章仁, 足立透, 益子渉, 山内洋
  • 学会等名: 竜巻シンポジウム－藤田哲也博士生誕100年を記念して－
• [学会発表] 二重偏波レーダーで捉えた竜巻飛散物の時空間分布～2019年10月12日千葉県市原市に生じた竜巻を対象として～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅原章仁, 足立透, 益子渉, 山内洋
  • 学会等名: 東京工芸大学・風工学共同研究拠点・研究集会「日本版改良藤田スケールにおけるDI、DOD と被害風速の評価」
• [学会発表] 2019年日本に暴風・竜巻等突風をもたらした台風の特徴 (2020)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度春季大会
• [学会発表] 令和元年房総半島台風に伴う強風の特徴 (2020)
  • 著者名/発表者名: 益子渉
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度秋季大会
• [学会発表] 2019年10月12日に市原市に被害をもたらした竜巻の二重偏波特性について（その２） (2020)
  • 著者名/発表者名: 梅原章仁, 足立透, 益子渉, 山内洋
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度秋季大会