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

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04071
• 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
• キーワード: 気象学 / 自然現象観測・予測 / 自然災害

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。

次年度使用額が生じた理由

（理由）
新型コロナウイルスの流行により、学会等の開催がオンライン化されたものが多く、出張旅費や参加費が不要になったため。
（使用計画）
今後開催される学会旅費や参加費等に使用する。また、これまでに得られた数値シミュレーション結果や観測データ、解析結果等を長期保存するため、データ保存装置等を購入する。

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
• [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