Atmospheric Riverを介した中緯度熱帯結合と日本域豪雨に関する研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02132
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高薮 縁 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (10197212)
• 研究分担者: 重 尚一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60344264) ; 河谷 芳雄 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 統合的気候変動予測研究分野, 主任研究員 (00392960) ; 廣田 渚郎 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 研究員 (30750616)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 気象 / 水蒸気輸送 / 豪雨 / ジェット気流 / 停滞前線 / 衛星観測 / 気候モデル

研究実績の概要

Atmospheric River(AR)は、深い水蒸気の帯が湿潤な熱帯域から中緯度へ細長く伸びる現象で、米西海岸に豪雨をもたらす。日本の梅雨秋雨期の集中豪雨の際も、熱帯から中緯度への数千㎞に及ぶAR状の雲域が観測されることがある。2014年8月の広島豪雨の際も、インドシナ半島から延びるARが観察された。しかし日本の豪雨へのARの効果は未だ認識されていない。本研究は、ARが日本域の豪雨に果たす役割、及び、大気大循環変動がARの形成を通して日本域降水特性へ及ぼす効果を解明することを目的とする。
H27年度はまず、広島豪雨にARと上層渦が果たした役割について、水平解像度2.5㎞の雲解像領域数値モデルCReSSを利用して再現実験と感度実験を行い調べた。その結果、亜熱帯ジェットに沿ったARが瀬戸内上空の対流圏を中上層まで深く湿らせていたところに、中部太平洋トラフから切り離された上層寒冷渦が接近したことが相乗効果となり豪雨をもたらした仕組みが明らかになった。この成果は論文化して国際誌に発表した。
また、衛星観測（SSM/I）による可降水量データを用いてARを抽出すると共に、JRA55などの気象データを用い、東アジア域でARが検出される大規模場の構造および水蒸気輸送の鉛直構造の特徴を解析した。一方、2013年8月31日の日本域AR事例については、地上レーダデータを用いた解析の結果、豪雨の発生位置とARとのずれが明らかになった。
梅雨前線など降水前線は、対流圏ジェット気流とARを多く伴い、ジェット気流のモデル再現は重要である。物理過程とパラメタを同一にした気候モデルで、成層圏をフルカバーするハイトップ及びフルカバーしないロートップモデル実験を行い、対流圏ジェット、地表面気圧、降水帯の違いを比較した。その結果、成層圏のフル表現が、ジェットや降水帯の正しい再現に必要であることが示された。

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

１．計画通り、衛星観測（SSM/I）による可降水量データを用いて、東アジア域の春から秋にかけての暖候期にARが存在した事例を抽出した。世界の他の地域でのARと比較可能なARの抽出法を導出した。次にJRA55やERA-interim再解析データを用いて、ARが検出される大規模場の構造、およびARに伴う循環や大気成層構造と輸送する水蒸気場の鉛直構造の特徴を捉えた。水蒸気遠距離輸送と降水との関係を理解する目的で水同位体情報による解析を遂行した。
２．計画通りAR現象に伴う豪雨の中で、まず2014年8月の広島豪雨の事例について、水平解像度2.5㎞の雲解像領域数値モデルCReSSを利用して再現実験と感度実験を行い、ARが豪雨に結び付くメカニズムを解明した。特に従来の日本の豪雨研究では見過ごされてきた対流圏中層の高湿度の役割と上層の切離低気圧の存在の相乗効果が明らかになった。ARに伴う対流圏中層の湿潤化によって、上層の力学場の降水への効果が強化されることを示唆できたのは、想定外の成果であった。
３．計画通りARが日本域にかかった際の地形性降雨の事例について、TRMM・GPM衛星データを調べた。地上レーダデータを用いてARと豪雨の詳細解析を行い、2013年8月31日の日本域AR事例については、豪雨がARとずれているのを発見し、地形など他の効果を調べる方向に発展したのは、予定外の成果であった。
４．計画通り、成層圏の現象を陽に表現できるハイトップモデル（モデル上端が高度60㎞以上で成層圏をフルカバー）と成層圏の現象の表現が困難なロートップモデル（モデル上端が高度30-40㎞程度）との間に見られる違いについて対流圏ジェット、地表面気圧、降水帯の違いを比較した。その結果、成層圏のフル表現が対流圏の循環や降水帯の精確な表現に必要であることが示された。

今後の研究の推進方策

１．SSM/I観測データ等から抽出したARと日本域豪雨との関係を、暖候期、寒候期の双方において調べる。気象庁再解析データJRA55を用いて、ARが検出される大規模場の構造、水蒸気輸送の鉛直構造について解析する。さらに日本に到達する西太平洋域のARの特徴を、熱帯中緯度結合の視点も加え、アメリカ西岸のARと比較して明らかにする。
２．TRMM衛星およびGPM衛星搭載の降雨レーダ観測による3次元降雨データを用い、極端降雨の特徴とその時の大気環境場構造を調べる。また、AR内外の降雨の特徴を比較解析し、ARが降雨特性にもたらす効果を統計的に示す。
３．成層圏をフルカバーするハイトップ及びフルカバーしないロートップのMIROC気候モデルを用いた実験が降雨帯にもたらす影響を調べる。温暖化実験を行い、成層圏循環と対流圏ジェットの関係における気候変動の影響を調査する。
４．日本の地上降雨レーダおよび韓国の地上レーダ、全球降雨観測衛星データを併せて詳細に解析し、ARと豪雨域の位置関係、および、豪雨と地形との関連、豪雨をもたらす降水システムの微物理特性について調べる。また、平成27年9月に発生した関東東北豪雨の降水の同位体観測を行い、豪雨を降らせたシステムの水蒸気起源を求める。
５．課題の科学的知見をとりまとめるため、代表者、分担者間の議論を行う。AR、豪雨、対流圏ジェット、成層圏ジェットの関係についての知見をとりまとめる。成果をまとめ、学会発表・論文発表を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Impact of Long-Term Observation on the Sampling Characteristics of TRMM PR Precipitation, (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirose, M., Yukari N. Takayabu, Atsushi Hamada, Shoichi Shige, and Munehisa K. Yamamoto,,
  • 雑誌名: Journal of Applied Meteorology and Climatology 巻: Vol. 56, No. 3, ページ: 713-723
  • DOI: .org/10.1175/JAMC-D-16-0115.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial contrast of geographically induced rainfall observed by TRMM PR (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirose, M., Yukari N. Takayabu, Atsushi Hamada, Shoichi Shige, and Munehisa K. Yamamoto,
  • 雑誌名: Journal of Climate 巻: - ページ: 印刷中
  • DOI: org/10.1175/JCLI-D-16-0442.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meandering subtropical jet and precipitation over summertime East Asia and the northwestern Pacific. (2017)
  • 著者名/発表者名: Horinouchi, T. and A. Hayashi,
  • 雑誌名: J. Atmos. Sci., 巻: 74(4), ページ: 1233-1247
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1175/JAS-D-16-0252.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of an atmospheric river and a cutoff low in the extreme precipitation event in Hiroshima on 19 August 2014. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirota, N., Y. N. Takayabu, M. Kato, and S. Arakane,
  • 雑誌名: Mon. Wea. Rev., 巻: 144 ページ: 1145-1160
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1175/MWR-D-15-0299.1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Convective cloud-top vertical velocity estimated from geostationary satellite rapid-scan measurements. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hamada, A., and Y. N. Takayabu,
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett., 巻: 43 ページ: 5435-5441
  • DOI: 10.1002/2016GL068962. [link]
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 水同位体比情報を用いたデータ同化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 芳村圭
  • 雑誌名: 水文科学会誌 巻: 46 ページ: 87-99
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Understanding the variability of water isotopologues in near-surface atmospheric moisture over a humid subtropical rice paddyin Tsukuba, Japan, (2016)
  • 著者名/発表者名: Wei, Z., K. Yoshimura, A. Okazaki, K. Ono, W. Kim, M. Yokoi, C.-T.Lai,
  • 雑誌名: J. Hydrol. 巻: 533 ページ: 91-102
  • DOI: org/10.1016/j.jhydrol.2015.11.044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 平成27年9月関東・東北豪雨による茨城県常総市における鬼怒川洪水に関する調査及び考察. (2016)
  • 著者名/発表者名: 芳村 圭, 中村晋一郎, 鳩野美佐子, 向田清峻, 石塚悠太, 内海信幸, 木口雅司, 金炯俊, 乃田啓吾, 牧野達哉, 鼎信次郎,
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学), 巻: B1(水工学) ページ: 72-72
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Global Precipitation Measurement (GPM) Mission for Science and Society, (2016)
  • 著者名/発表者名: Gail Skofronick-Jackson, Walter A. Petersen, Wesley Berg, Chris Kidd, Erich F. Stocker, Dalia B. Kirschbaum, Ramesh Kakar, Scott A. Braun, George J. Huffman, Toshio Iguchi, Pierre E. Kirstetter, Christian Kummerow, Robert Meneghini, Riko Oki, William S. Olson, Yukari N. Takayabu, Kinji Furukawa, and Thomas Wilheit
  • 雑誌名: Bulletin of the American Meteorological Society 巻: - ページ: -
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1175/BAMS-D-15-00306.1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reproducibility of summer precipitation over northern Eurasia in CMIP5 multi-climate models. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirota, N., Y. N. Takayabu, and A. Hamada
  • 雑誌名: J. Climate, 巻: 29 ページ: 3317-3337
  • DOI: 10.1175/JCLI-D-15-0480.1. [link]
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvements in detection of light precipitation with the Global Precipitation Measurement dual-frequency precipitation radar (GPM/DPR). (2016)
  • 著者名/発表者名: Hamada, A., and Y. N. Takayabu,
  • 雑誌名: J. Atmos. Oceanic Technol., 巻: 33 ページ: 653-667
  • DOI: 10.1175/JTECH-D-15-0097.1. [link]
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weak linkage between the heaviest rainfall and tallest storms. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hamada, A., Y. N. Takayabu, C. Liu, and E. J. Zipser
  • 雑誌名: Nat. Commun., 巻: 6 ページ: -(6213)
  • DOI: 10.1038/ncomms7213. [link]
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] The effects of well-resolved stratosphere on representations of the (2017)
  • 著者名/発表者名: 河谷芳雄
  • 学会等名: The 2nd International Workshop on“Climate Change and Precipitation in
  • 発表場所: TKPガーデンシテイお茶の水、東京都、千代田区
  • 年月日: 2017-03-27 – 2017-03-28
  • 国際学会
• [学会発表] Precipitation characteristics observed with GPM DPR, in comparison with TRMM PR. (2016)
  • 著者名/発表者名: 高薮縁
  • 学会等名: 日本地球惑星連合大会2016
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県、千葉市
  • 年月日: 2016-05-22 – 2016-05-26
  • 招待講演
• [学会発表] 平成27年関東・東北豪雨による鬼怒川洪水に関する調査活動を経て、 (2016)
  • 著者名/発表者名: 芳村圭
  • 学会等名: 日本地球惑星連合大会2016
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県、千葉市
  • 年月日: 2016-05-22 – 2016-05-26
  • 招待講演
• [学会発表] 梅雨期の降雨特性に対する亜熱帯ジェットと下層対流不安定度の影響. (2016)
  • 著者名/発表者名: 横山千恵
  • 学会等名: 日本気象学会2016年度春季大会
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター、東京都、渋谷区
  • 年月日: 2016-05-18 – 2016-05-21
• [学会発表] 夏季日本域の極端降水・極端対流イベントに関わる環境場の違い． (2016)
  • 著者名/発表者名: 濱田 篤
  • 学会等名: 日本気象学会2016年度春季大会
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター、東京都、渋谷区
  • 年月日: 2016-05-18 – 2016-05-21
• [学会発表] Role of an Atmospheric River and an Upper Cold Low in he Extreme Precipitation at Hiroshima on August 19th 2014. (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣田渚郎
  • 学会等名: International workshop on“East Asian climate variability and extreme events”,
  • 発表場所: 東京大学、東京都、文京区
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-19
  • 国際学会
• [学会発表] 梅雨期の降雨特性：亜熱帯ジェットと下層対流不安定度の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 横山千恵
  • 学会等名: GSMaPおよび衛星シミュレータ合同研究集会
  • 発表場所: 名古屋大学、愛知県、名古屋市
  • 年月日: 2016-03-17 – 2016-03-18
• [学会発表] 平成27年9月関東・東北豪雨による茨城県常総市における鬼怒川洪水に関する調査及び考察, (2016)
  • 著者名/発表者名: 芳村 圭
  • 学会等名: 第６０回水工学講演会,
  • 発表場所: 東北工業大学、宮城県、仙台市
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-16
  • 国際学会
• [学会発表] Rainfall characteristics of the Baiu front observed with TRMM PR: effects of the subtropical jet and lower-tropospheric convective instability. (2016)
  • 著者名/発表者名: 横山千恵
  • 学会等名: The International Workshop on “Climate Change and Precipitation in the East Asia”,
  • 発表場所: TKPガーデンシテイお茶の水、東京都、千代田区
  • 年月日: 2016-02-28 – 2016-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] Weak linkage between the heaviest rainfall and tallest storms. (2015)
  • 著者名/発表者名: 濱田 篤
  • 学会等名: AGU Fall Meeting2015,
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ
  • 年月日: 2015-12-14 – 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Reproducibility of summertime diurnal precipitation over northern Eurasia simulated by CMIP5 climate models. (2015)
  • 著者名/発表者名: 廣田渚郎
  • 学会等名: AGU Fall Meeting2015,
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ
  • 年月日: 2015-12-14 – 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding the variability of water isotopologues in near-surface atmospheric moisture observed over a rice paddy in Tsukuba, Japan, (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhongwang Wei
  • 学会等名: AGU Fall Meeting2015,
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ
  • 年月日: 2015-12-14 – 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Inferring cumulus updraft strength using geostationary satellite rapid-scan measurements. (2015)
  • 著者名/発表者名: 濱田 篤
  • 学会等名: The Sixth Asia/Oceania Meteorological Satellite Users' Conference, P29, Tokyo,
  • 発表場所: 東京国際交流センター、東京都、江東区
  • 年月日: 2015-11-09 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] TRMMPR、JRA55、CMIP5データを用いた梅雨前線降雨の将来変化に関する研究． (2015)
  • 著者名/発表者名: 横山千恵
  • 学会等名: 日本気象学会2015年度秋季大会
  • 発表場所: 京都テルサ、京都市、京都府
  • 年月日: 2015-10-28 – 2015-10-30
• [学会発表] 目黒区で観測された高d-excess降水イベントの解析, (2015)
  • 著者名/発表者名: 野本大輔
  • 学会等名: 日本水文科学会2015年度大会,
  • 発表場所: 産業技術総合研究所、茨城県、つくば市
  • 年月日: 2015-10-09 – 2015-10-11
• [学会発表] 水同位体情報データ同化による気候再解析の可能性, (2015)
  • 著者名/発表者名: 芳村圭
  • 学会等名: 日本水文科学会2015年度大会,
  • 発表場所: 産業技術総合研究所、茨城県、つくば市
  • 年月日: 2015-10-09 – 2015-10-11
• [学会発表] Role of an atmospheric river and an upper cold low in the extreme precipitation at Hiroshima on August 19th 2014. (2015)
  • 著者名/発表者名: 廣田渚郎
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 2015
  • 発表場所: ソンテック市、シンガポール
  • 年月日: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of heavy rainfall retrieval from TRMM/PR using a long-term C-band radar observation. (2015)
  • 著者名/発表者名: 濱田 篤
  • 学会等名: 日本地球惑星連合大会2015
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県、千葉市
  • 年月日: 2015-05-24 – 2015-05-28
• [学会発表] ラピッドスキャンデータを用いた雲降水システムの発生・発達過程の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 濱田 篤
  • 学会等名: 日本気象学会2015年度春季大会
  • 発表場所: エポカルつくば、茨城県、つくば市
  • 年月日: 2015-05-21 – 2015-05-24
  • 招待講演
• [学会発表] 平成26年8月広島豪雨に対するARと上層渦の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 廣田渚郎
  • 学会等名: 日本気象学会2015年度春季大会
  • 発表場所: エポカルつくば、茨城県、つくば市
  • 年月日: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [学会発表] Regional extreme rainfalls observed globally with 17 years of the Tropical Precipitation Measurement Mission. (2015)
  • 著者名/発表者名: 高薮縁
  • 学会等名: EGU General Assembly 2015,
  • 発表場所: オーストリア、ウィーン
  • 年月日: 2015-04-12 – 2015-04-17
  • 国際学会
• [備考] 東京大学 大気海洋研究所 気候システム研究系 高薮研究室
  • URL: http://ccsr.aori.u-tokyo.ac.jp/~takayabu/index-j.html