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フェーズドアレイ気象レーダーを用いた竜巻の機構解明と三次元検出技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K03666
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

足立 透  気象庁気象研究所, 台風・災害気象研究部, 主任研究官 (10632391)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード竜巻 / フェーズドアレイレーダー / 深層学習 / CNN / 気象学 / 自然災害 / 減災 / 防災
研究開始時の研究の概要

竜巻は短時間に発生して、極めて甚大な被害をもたらす現象である。本研究では、竜巻のメカニズム解明と3次元検出技術の開発を目的として、次世代観測装置であるフェーズドアレイ気象レーダーを用いた研究を推進する。高い時間・空間分解能を持つこの新しいレーダーによって観測された竜巻事例を詳細に比較解析し、最先端の深層学習技術を用いて正確かつ立体的に検出する技術を開発することにより、現象の理解と監視・予測技術への応用を目指す。

研究実績の概要

竜巻の機構解明及び防災技術の高度化を目的として、フェーズドアレイ気象レーダーによる観測データの解析と渦の3次元検出技術の開発に取り組んだ。本年度は特に、竜巻被害を伴う・伴わないケースに分けて、積乱雲の内部構造に係る類似点・相違点に着目した解析を実施した。
解析の対象は令和元年東日本台風に伴う事例であり、千葉県市原市に竜巻被害をもたらした積乱雲と、その周辺に位置していた被害報告を伴わない積乱雲を抽出した。いずれの積乱雲においても、その南端にフックエコーと呼ばれるかぎ針状のパターンとメソサイクロンと呼ばれる直径数km程度の渦構造が存在すること、エコー頂高度が3-4 km程度と低いことが確認され、典型的なミニ・スーパーセルの構造を有していた。
大局的な構造は極めて類似している一方で、その内部構造は竜巻被害報告の有無によって明瞭に異なることが明らかになった。概ね1km 以上の高度に存在するメソサイクロンの回転速度の最大値は竜巻被害を伴う積乱雲の方が3-4 m/sほど高い値を示す一方で、その下方に形成された直径数100m程度の径の小さな渦の回転速度に着目すると、竜巻を伴った積乱雲では35 m/s、被害報告を伴わない事例では22 m/sの値であり、両者の間には概ね13 m/sの顕著な差異が存在することが明らかになった。この差異をもたらす原因を解析したところ、小渦の成因と考えられる強い降水コアの落下位置と継続時間、小渦と上方のメソサイクロンとの近接性が大きく影響している可能性を見出した。
これらの結果は、竜巻発生の有無を決定づける要因として積乱雲内部の物理プロセスが極めて重要な役割を果たしていること、また防災応用の面においては、メソサイクロンだけでなくその下方における径の小さな渦の立体的な監視が有益であることを示唆し、本課題で開発する渦の3次元検出技術の重要性を裏付けるものとなった。

現在までの達成度 (区分)
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

令和5年度は当初の計画に基づいて事例間の比較を行い、竜巻被害報告の有無に応じた類似点と相違点を明らかにするとともに、得られた知見に基づいて本課題で開発する渦の3次元検出技術に係る評価を行った。この結果、竜巻被害の有無に重要な影響を及ぼすと示唆される物理プロセスの抽出に成功するとともに、当該課題で開発する渦の3次元検出技術の有効性の裏付けが得られ、当該年度の目標達成に至った。
このことにより、研究は概ね順調に進捗していると考えられる。

今後の研究の推進方策

令和5年度の研究推進を通して、当初の計画が妥当であることが示唆された。そこで最終年度である令和6年度は、当該研究計画に基づいて研究の総括を進め、学会発表や学術雑誌への論文投稿を通じた成果公表に努める。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] 最新の気象レーダーを用いたメソ気象研究の発展2024

    • 著者名/発表者名
      足立透
    • 雑誌名

      月刊海洋

      巻: 56 ページ: 105-114

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] フェーズドアレイレーダーで捉えた竜巻渦―竜巻渦は降りてくるのか昇っていくのか―2023

    • 著者名/発表者名
      足立透
    • 雑誌名

      天気

      巻: 70 ページ: 264-266

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 第55回メソ気象研究会/東京大学大気海洋研究所共同利用研究集会「小倉義光先生追悼シンポジウム―メソ気象研究の将来展望―」の報告2023

    • 著者名/発表者名
      新野宏、坪木和久、加藤輝之、佐藤陽祐、伊藤純至、足立透、伊藤耕介
    • 雑誌名

      天気

      巻: 70 ページ: 17-23

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 深層学習を用いたドップラーレーダーによる竜巻探知技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      KUSUNOKI Kenichi、ISHITSU Naoki、ADACHI Toru、SUZUKI Osamu、ARAI Ken-ichiro、FUJIWARA Chusei、SUZUKI Hiroto
    • 雑誌名

      日本風工学会誌

      巻: 47 号: 3 ページ: 218-223

    • DOI

      10.5359/jawe.47.218

    • ISSN
      0912-1935, 1883-8413
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Science Applications of Phased Array Radars2022

    • 著者名/発表者名
      Kollias Pavlos、Palmer Robert、Bodine David、Adachi Toru、Bluestein Howie、Cho John Y. N.、Griffin Casey、Houser Jana、Kirstetter Pierre. E.、Kumjian Matthew R.、Kurdzo James M.、Lee Wen Chau、Luke Edward P.、Nesbitt Steve、Oue Mariko、Shapiro Alan、Rowe Angela、Salazar Jorge、Tanamachi Robin、et al.
    • 雑誌名

      Bulletin of the American Meteorological Society

      巻: 103 号: 10 ページ: E2370-E2390

    • DOI

      10.1175/bams-d-21-0173.1

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] AIを用いた渦探知方法による突風に対する列車運転規制方法の開発と導入2022

    • 著者名/発表者名
      藤原 忠誠、鈴木 博人、楠 研一、足立 透、 猪上 華子、石津 尚喜、新井 健一郎
    • 雑誌名

      日本鉄道技術協会

      巻: 65 (6) ページ: 46118-46122

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [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 Radars2021

    • 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
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 「竜巻シンポジウム―藤田哲也博士生誕100年を記念して―」の報告2021

    • 著者名/発表者名
      新野 宏、小林文明、栃本英伍、末木健太、足立 透、梅原章仁、田村幸雄、野田 稔、佐々浩司、加藤輝 之、加茂直幸、中里真久、益子 渉、伊藤純至、横田 祥、田村哲郎、楠 研一、石津尚喜
    • 雑誌名

      天気

      巻: 68 ページ: 3-21

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Experimental Validation of N2 Emission Ratios in Altitude Profiles of Observed Sprites2021

    • 著者名/発表者名
      Kuo Cheng-Ling、Williams Earle、Adachi Toru、Ihaddadene Kevin、Celestin Sebastien、Takahashi Yukihiro、Hsu Rue-Ron、Frey Harald U.、Mende Stephen B.、Lee Lou-Chuang
    • 雑誌名

      Frontiers in Earth Science

      巻: 9

    • DOI

      10.3389/feart.2021.687989

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Fine-Scale Spatiotemporal Analysis of Wintertime Dry Microburst Event Observed with Smartphone Camera and Phased Array Radar2023

    • 著者名/発表者名
      Toru Adachi and Hiroshi Niino
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 最新の気象レーダーを用いたメソ気象研究の発展2023

    • 著者名/発表者名
      足立透
    • 学会等名
      第55回メソ気象研究会/東京大学大気海洋研究所共同利用研究集会「小倉義光先生追悼シンポジウム-メソ気象研究の将来展望-」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 台風環境下における竜巻被害を伴う積乱雲と伴わない積乱雲の時空間構造の比較解析2023

    • 著者名/発表者名
      足立 透、梅原 章仁、益子 渉
    • 学会等名
      日本気象学会2023年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Comparative Study on Spatiotemporal Structure of Tornadic and Non-Tornadic TC Miniature Supercells2023

    • 著者名/発表者名
      Toru Adachi, Wataru Mashiko, and Akihito Umehara
    • 学会等名
      American Geophysical Union 2023 Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フェーズドアレイレーダーを用いた 局地的・突発的な大気現象に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      足立透
    • 学会等名
      東京大学大気海洋研究所・海洋大気力学セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] PAWRおよびCNNによる竜巻性渦の立体検出技術の初期評価2022

    • 著者名/発表者名
      足立 透、石津 尚喜、楠 研一、猪上 華子、新井健一郎、鈴木 修、藤原 忠誠、鈴木 博人
    • 学会等名
      日本気象学会2022年度春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of Wintertime Dry Microburst Event Observed With Photography and Phased Array Radar2022

    • 著者名/発表者名
      Toru Adachi and Hiroshi Niino
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society 2022 Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] スマートフォンカメラとフェーズドアレイレーダーを用いた冬季ドライマイクロバーストの解析2022

    • 著者名/発表者名
      足立透、新野宏
    • 学会等名
      日本気象学会2022年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Preliminary Assessment of Volumetric Detection of Tornadic Vortex Using Phased Array Weather Radar and Convolutional Neural Network2022

    • 著者名/発表者名
      Toru Adachi, Naoki Ishitsu, Kenichi Kusunoki, Hanako Inoue, Ken-ichiro Arai, Osamu Suzuki, Chusei Fujiwara, Hiroto Suzuki
    • 学会等名
      American Geophysical Union 2022 Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Automatic Detection of Ichihara Tornado Associated with Typhoon Hagibis (2019) Using Phased Array Weather Radar and Convolutional Neural Network2022

    • 著者名/発表者名
      Adachi Toru、Ishitsu Naoki、Kusunoki Kenichi、Inoue Hanako、Arai Ken-ichiro、Fujiwara Chusei、Suzuki Hiroto
    • 学会等名
      American Meteorological Society 102nd Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PAWRおよびCNNを用いた市原竜巻の3次元渦探知実験2021

    • 著者名/発表者名
      足立 透、石津尚喜、楠研一、猪上華子、新井健一郎、藤原忠誠、鈴木博人
    • 学会等名
      日本気象学会2021年度春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Fine-Scale Observation of TC Tornado Using Phased Array Weather Radar in Japan2021

    • 著者名/発表者名
      Adachi Toru、Mashiko Wataru、Umehara Akihito
    • 学会等名
      Virtual Workshop on Atmospheric Science Applications of Ground-Based Phased Array Radars
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observations of Boundary Layer Streaks Associated with Typhoon Faxai (2019) Using Phased Array Weather Radar2021

    • 著者名/発表者名
      Adachi Toru、Mashiko Wataru
    • 学会等名
      American Geophysical Union 2021 Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 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
      日本気象学会2021年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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