高解像度アンサンブルシミュレーションによる首都圏の降雪現象の機構解明

• 研究課題/領域番号: 20K14557
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 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: 荒木 健太郎 気象庁気象研究所, 台風・災害気象研究部, 主任研究官 (40636031)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022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: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 南岸低気圧 / 大雪 / 降雪 / シミュレーション / Cold-Air Damming / アンサンブルシミュレーション / 数値実験 / 数値シミュレーション / シチズンサイエンス

研究開始時の研究の概要

冬季首都圏の大雪は甚大な社会影響を及ぼすが，その発生機構は未知が多い．本研究では首都圏の大雪・雪氷災害に「南海上からの水蒸気供給量や低気圧の雲構造が重要ではないか」という仮説を立て，高密度地上気象・降水種別観測や二重偏波レーダー観測等によるユニークな観測データセットを活用し，高解像度アンサンブルシミュレーションを行う．これによる降雪現象の正確な再現を通して稀な大雪・雪氷災害の要因を分析し，シミュレーション結果の多変量解析により各降雪現象における大気・雲・降水の役割とその共通性・特異性を明らかにすることで，仮説を検証する．これにより，首都圏に大雪・雪氷災害をもたらす降雪現象の機構解明を推進する．

研究実績の概要

令和4年度は、気象研究所のスーパーコンピュータシステム上に構築した気象庁非静力学モデル（JMA-NHM）及び局所アンサンブル変換カルマンフィルタを用いた数値実験システム（NHM-LETKF）により、過去の大雪事例についてアンサンブルシミュレーションを実施し、事例解析等の研究を行った。
2014年2月14～15日に南岸低気圧の通過により首都圏で大雪となった事例については、昨年度実施したNHM-LETKFのシステムを用いた水平解像度2kmのアンサンブルシミュレーションの結果の解析を進めた。大気下層の北寄りの風を強めて低温化に寄与するメソスケールの現象であるCold-Air Damming（CAD）に注目すると、どのメンバーでもおおむね降水開始時にCADが発生しており、低気圧接近とともにCADの強度が強まっていた。ただし、CADの有無にかかわらず降水前の大気下層の気温場や低気圧接近時の暖気流入の程度によって降水相は変化していた。CADによる大気下層の低温化が降水相に及ぼす影響については定量的な評価が必要である。
関連する研究成果や本課題での取り組みについて、一般向けの講演会や取材、書籍の執筆・刊行などを通して、アウトリーチ活動を行った。

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

アンサンブルシミュレーションの結果等を用いた過去の大雪事例の解析について、おおむね予定通り実施できた。シミュレーション結果の解釈・解析手法の検討は、引き続き研究協力者と議論を重ねて研究を進めている。

今後の研究の推進方策

令和5年度は過去の南岸低気圧による顕著な大雪事例として、2018年1月22日の事例についてアンサンブルシミュレーションを実施し、大気・雲・降水の3次元構造に注目して解析を行う。これと2014年2月14～15日の事例との比較を通し、大雪事例における特徴を調査する。

研究成果

• [雑誌論文] 地上マイクロ波放射計による大気熱力学場観測とその応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 雑誌名: 令和4年度予報技術研修テキスト 巻: 29 ページ: 1-85
• [雑誌論文] 温帯低気圧化中の台風Hagibis (2019)の北側に集中した降水の複合的な力学 (2022)
  • 著者名/発表者名: YANASE Wataru、ARAKI Kentaro、WADA Akiyoshi、SHIMADA Udai、HAYASHI Masahiro、HORINOUCHI Takeshi
  • 雑誌名: 気象集誌. 第2輯 巻: 100 号: 5 ページ: 783-805
  • DOI: 10.2151/jmsj.2022-041
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 雲というデータを読み解く (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 雑誌名: 情報処理 巻: 63 ページ: 326-327
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 2021年度「エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会」報告 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤陽祐、大友啓嗣、井村裕紀、藤野梨紗子、近藤誠、荒木健太郎、山下克也、當房豊
  • 雑誌名: 天気 巻: 69 ページ: 387-393
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 地上マイクロ波放射計による大気のリモートセンシング (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 雑誌名: テレワーク社会を支えるリモートセンシング 巻: 1 ページ: 178-188
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 気象災害委員会・第54回メソ気象研究会「令和2年7月豪雨」報告 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川畑拓矢, 荒木健太郎, 清水慎吾, 下瀬健一, 三好建正, 前島康光
  • 雑誌名: 天気 巻: 68 ページ: 443-446
  • NAID: 40022681826
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 2020年度「エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会」報告 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎, 志田純哉, 近藤誠, 藤倉理人, 南孝太郎, 稲垣実央, 山下克也, 佐藤陽祐, 當房豊
  • 雑誌名: 天気 巻: 68 ページ: 391-397
  • 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, 筆保弘徳, 竹見哲也, 三隅良平, 荒木健太郎, 日比野研志
  • 雑誌名: 天気 巻: 68 ページ: 661-665
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Characteristics of Atmospheric Environments of Quasi-Stationary Convective Bands in Kyushu, Japan during the July 2020 Heavy Rainfall Event (2021)
  • 著者名/発表者名: Araki Kentaro、Kato Teruyuki、Hirockawa Yasutaka、Mashiko Wataru
  • 雑誌名: SOLA 巻: 17 号: 0 ページ: 8-15
  • DOI: 10.2151/sola.2021-002
  • NAID: 130007977761
  • ISSN: 1349-6476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical simulation of potential impact of aerosols on heavy rainfall event associated with typhoon Hagibis (2019) (2020)
  • 著者名/発表者名: Araki Kentaro
  • 雑誌名: CAS/JSC WGNE Research Activities in Earth System Modelling 巻: 50
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical simulation of heavy rainfall event associated with typhoon Hagibis (2019) with different horizontal resolutions (2020)
  • 著者名/発表者名: Araki Kentaro
  • 雑誌名: CAS/JSC WGNE Research Activities in Earth System Modelling 巻: 50
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Characteristics of an Extreme Rainfall Event in Kyushu District, Southwestern Japan in Early July 2020 (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirockawa Yasutaka、Kato Teruyuki、Araki Kentaro、Mashiko Wataru
  • 雑誌名: SOLA 巻: 16 号: 0 ページ: 265-270
  • DOI: 10.2151/sola.2020-044
  • NAID: 130007961242
  • ISSN: 1349-6476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 2019年度「エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究会」報告 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤陽祐, 當房豊, 山下克也, 荒木健太郎, 岩崎杉紀, 三隅良平, 大竹秀明, 茂木信宏, 齋藤泉, 川合秀明, 中島孝, 中野諭, 森樹大, 橋本明弘, 郭威鎮, 勝山祐太, 瀬戸里枝, 古藤慎之, 山田怜史, 折笠成宏, 田尻拓也, 遠藤幸生, 近藤誠, 大畑祥, 松嶋俊樹
  • 雑誌名: 天気 巻: 67 ページ: 665-670
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 研究を志す若い人へ (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 雑誌名: 科学の最前線を切りひらく！ 巻: 0 ページ: 117-117
• [雑誌論文] 局地的大雨と集中豪雨 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 雑誌名: スクエア最新図説地学（八訂版） 巻: 0 ページ: 196-197
• [雑誌論文] 本だな「激甚気象はなぜ起こる」坪木和久 著 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 雑誌名: 天気 巻: 67 ページ: 719-719
  • オープンアクセス
• [学会発表] 防災・減災のための雲科学研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 自治体担当者向け茨城県表彰記念Web講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 地上マイクロ波放射計を用いた冬季日本海側の降雪雲の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎、吉本浩一、瀬古弘、石元裕史
  • 学会等名: 2022年度エアロゾル・雲・降水に関する研究集会
• [学会発表] 雲を愛する技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 水を考えるつどい
  • 招待講演
• [学会発表] 雲を愛する技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: ミネルバの会
  • 招待講演
• [学会発表] 気候変動と豪雨災害 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 気候変動対策フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 地上マイクロ波放射計ネットワークの構築と初期観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎, 瀬古弘, 石元裕史, 田尻拓也, 山内洋, 吉本浩一, 松元誠, 竹田智博, 河野宜幸, 鈴木健司, 中山和正
  • 学会等名: 日本気象学会2022年秋季大会
• [学会発表] 2020年関越豪雪時の気象状況と降雪予測可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 第4回JSTEシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 地上マイクロ波放射計ネットワークの構築と初期観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎, 瀬古弘, 石元裕史, 田尻拓也, 山内洋, 吉本浩一, 松元誠, 竹田智博, 河野宜幸, 鈴木健司, 中山和正
  • 学会等名: 線状降水帯機構解明に関する研究会（第6回）
• [学会発表] 雪結晶で読み解く雲の心 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 2022年度積雪観測＆雪結晶撮影講習会
  • 招待講演
• [学会発表] 雲を愛する技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度先生のための気象教育セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 雲研究と防災 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 気象防災フォーラム宮古島2022
  • 招待講演
• [学会発表] しんきろう観測のシチズンサイエンスの可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: サイエンスカフェ『 見よう！知ろう！伊勢湾の蜃気楼 』講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 台風第19号の非対称な降水分布：中緯度プロセスの影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柳瀬亘, 荒木健太郎, 和田章義, 嶋田宇大, 林昌宏, 堀之内武
  • 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
• [学会発表] 台風第19号による大雨の降水強化メカニズムの数値シミュレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎、柳瀬亘、北畠尚子、林修吾、黒良龍太
  • 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
• [学会発表] 2018年1月22日の関東大雪事例の降雪結晶特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度春季大会
• [学会発表] 南岸低気圧による首都圏の降雪における降雪結晶特性と大気環境場 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2021・オンライン）
• [学会発表] 2021年7月1～3日の静岡県を中心とした大雨の環境場 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 日本気象学会2021年秋季大会
• [学会発表] 雲を愛する技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 京都精華大学アセンブリーアワー講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 雲と友だちになろう (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 港区立みなと科学館企画展「みんなの雲展」ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 雲と友だちになって上手につき合おう (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 名古屋市港防災センターオンラインイベント
  • 招待講演
• [学会発表] 雲を愛する技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 港区立みなと科学館スペシャルトークショー
  • 招待講演
• [学会発表] 南岸低気圧による太平洋側の豪雪 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 日本気象学会中部支部第24回公開気象講座
  • 招待講演
• [学会発表] 雲研究と防災 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 第61回滋賀県防災カフェ
  • 招待講演
• [学会発表] 雲研究について (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: NDL academic「気象学な雲さん」
  • 招待講演
• [学会発表] 雲を愛する技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 三重のまなび2021まなびぃすとセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 雪結晶で読み解く雲の心 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 日本雪氷学会2021年度積雪観測＆雪結晶撮影講習会
  • 招待講演
• [学会発表] 令和元年東日本台風に伴う大雨時の降水強化メカニズムのシミュレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎, 柳瀬亘, 北畠尚子, 林修吾, 黒良龍太
  • 学会等名: 2020年度エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [学会発表] 令和2年7月豪雨の九州における降水の特徴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 廣川康隆，加藤輝之，荒木健太郎，益子渉
  • 学会等名: 第54回メソ気象研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 令和2年7月豪雨で九州に大雨をもたらした線状降水帯の大気環境場の特徴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎，加藤輝之，廣川康隆，益子渉
  • 学会等名: 第54回メソ気象研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 雪結晶で読み解く雲の心 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 2020年度積雪観測＆雪結晶撮影講習会
  • 招待講演
• [学会発表] 10年後の気象災害をへらすために、あなたにもできること。 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: ジャパンSDGsアクションシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Observational study on characteristics of ground snow crystals in the metropolitan areas in Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Araki Kentaro
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] 次世代高感度マイクロ波放射計の開発-初期観測成果- (2020)
  • 著者名/発表者名: 市川 隆一、氏原 秀樹、佐藤 晋介、太田 雄策、宮原 伐折羅、宗包 浩志、長崎 岳人、田島 治、荒木 健太郎、田尻 拓也、瀧口 博士、松島 健、松島 喜雄、桃谷 辰也、宇都宮 健志
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] Development of novel ground-based microwave radiometer for earth science -results of the first measurements- (2020)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa, R., H. Ujihara, S. Satoh, J. Amagai, Y. Ohta, B. Miyahara, H. Munekane, T. Nagasaki, O. Tajima, K. Araki, T. Tajiri, H. Takiguchi, T. Matsushima, N. Matsushima, T. Momotani, and K. Utsunomiya
  • 学会等名: EGU General Assembly 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 令和2年7月豪雨で九州に大雨をもたらした線状降水帯の発生環境場の特徴 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 三重大学セミナー
• [学会発表] 令和2年7月豪雨をもたらした線状降水帯の発生環境場 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎, 加藤輝之, 廣川康隆, 益子渉
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度秋季大会
• [学会発表] 令和元年台風第19号における降水強化メカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎, 柳瀬亘, 北畠尚子, 林修吾, 黒良龍太
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度秋季大会
• [学会発表] シチズンサイエンスによる降雪結晶観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 北海道大学気象学研究室セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 雲科学入門 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 日本気象学会第54回夏季大学
  • 招待講演
• [学会発表] 今こそ知りたい、気象と災害：空と雲の”気持ち”から考えてみよう (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 国連大学オンライントークイベント
  • 招待講演
• [学会発表] 雲でわかる！空のきもち (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 2020年度広島市江波山気象館講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 雲を愛する技術 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 学会等名: 江丹別熱中小学校
  • 招待講演
• [図書] すごすぎる天気の図鑑 雲の超図鑑 (2023)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 176
  • 出版者: KADOKAWA
  • ISBN: 4046060166
• [図書] 魔法のような空の風景 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 28
  • 出版者: インプレス
  • ISBN: 4295014559
• [図書] くもコレ／すごすぎる天気の図鑑 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 300
  • 出版者: KADOKAWA
• [図書] もっとすごすぎる天気の図鑑 空のふしぎがすべてわかる！ (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 176
  • 出版者: KADOKAWA
  • ISBN: 4046055863
• [図書] 天気を知って備える防災雲図鑑 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎、津田紗矢佳
  • 総ページ数: 112
  • 出版者: 文溪堂
  • ISBN: 479990423X
• [図書] 空を見るのが楽しくなる！ 雲のしくみ (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎、津田紗矢佳
  • 総ページ数: 80
  • 出版者: 誠文堂新光社
  • ISBN: 4416522118
• [図書] 空のふしぎがすべてわかる！ すごすぎる天気の図鑑 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 176
  • 出版者: KADOKAWA
  • ISBN: 4046051515
• [図書] 魔法のような空の風景2022 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: インプレス
  • ISBN: 4295011894
• [図書] 科学者になれる！すごすぎる自由研究ガイド (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 22
  • 出版者: KADOKAWA
• [図書] これであなたも雲研究者！すごすぎる雲の自由研究ガイド (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木健太郎
  • 総ページ数: 36
  • 出版者: KADOKAWA
• [備考] 荒木健太郎＠気象研台風二研
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Dep/typ/araki/
• [備考] 南岸低気圧による雪研究
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Dep/typ/araki/snowstorm.html
• [備考] 気象研究所「#関東雪結晶 プロジェクト」
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Dep/typ/araki/snowcrystals.html
• [備考] すごすぎる天気の図鑑
  • URL: https://sugosugiru.kadokawa.co.jp/tenki/
• [備考] 南岸低気圧に伴う雪研究
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Dep/typ/araki/snowstorm.html
• [備考] 科学者になれる！すごすぎる自由研究ガイド
  • URL: https://researchmap.jp/multidatabases/multidatabase_contents/download/298076/7521443c057a9e3bc5abca1fa6aeaa08/23107?col_no=2&frame_id=709963