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ともみはかまや
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4 72 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究第１図左 1993年８月６日16-20時における１時間降水量櫻井細山田 1994 より右８月６日15時を初期値とする水平格子間隔５km の MRI-NHM による同時刻の降水量 Saito 1997 よりく表現されていますまたこの事例のアメダス地表風したことがありますこの地域は Boiler-box のではメソ対流系に伴って低気圧性の局地循環が解析異名をとる地球上で最も対流活動が活発な地域の一つされていましたがそれについても５km のモデルでで Hector と呼ばれる日変化性の積乱雲が出現する大変良く再現されていましたことで知られています MCTEX 期間中に観測支援 1996年の気象庁現業領域予報モデルの領域スペクトルモデル RSM へのの変新に対応してのために BM RC が特別運用した領域モデル LAPS 直座標系に2.5km と１km の MRI-NHM を２重ネスティン σ σ-ρハイブリッドや地図投影法の変グし Tiwi 諸島に発生する日変化性対流雲の発展をポーラステレオランベルトへの対応なども追シミュレートしたもので海風前線面にって生じる加しましたモデルにはこのほか加藤輝之さん現積雲列や海風側での水平対流ロール島の内側での予報研究部室長が雨滴の落下の計算に Box-La- オープンセル型の多角形をした Rayleigh-Benard 対 grangian 法を導入し積雲対流スキームや地表面温流状の擾乱に伴う積雲の発生午後の海風前線の侵入度の予測移流補正スキームも追加してくれましたによる収束域のマージとそれに引き続く深い対流の発 Kato 1995 Kato and Saito 1995 これらにより達など観測された対流の日変化が良く再現されまし気象研究所非静力学モデル MRI-NHM 斉藤加藤たこの論文 Saito et al.2001a は現在でも国外 1996 として様々な研究に広く利用できるようにな研究者からも多く引用して頂いていますりました 1997年には秋に１か月間招聰短期客員科学者とし 2.4 MRI-NHM に関する研究プロジェクトてドイツ気象局研究開発部に滞在する機会があり欧 M RI-NHM に関していくつかの国際的な共同研究州で現業利用されている非静力学数値予報モデルや試みを行いました特に印象深かったものとして COSM O の前身となった Lokal-M odell LM と科学技術庁日豪科学技術流研究員制度でオーストラ MRI-NHM についてドイツ気象局のスパコンリア気象局研究センター BMRC に１年間滞在す CRAY C-98を用いて山岳波の表現や計算効率の比較る機会があり 1995年11月から12月にかけてオーストを行いました Saito et al LM は水平方向ラリア北部準州の M elville 島と Bathurst 島 Tiwi を陽解法してタイムスプリットを行う HE-VI 法を用諸島で行われた海洋性大陸雷雨観測実験 M CTEX いており MRI-NHM で用いている HI-VI 法に比 M aritime Continent Thunderstorm Experiment べて短いタイムステップで計算する必要がありますが Keenan et al に数値モデリングの立場で参加３次元の楕円方程式を解かなくても良いという利点が 6 天気" 63 2

7 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究 75 NHM を動かす日々実験を始めました気象研究所での再現実験などでは水平格子間隔10km の場合 Δt として20秒を用いる場合が多かったのですがそれでは時間がかかるため30秒にしたところ第３図左に示すような不自然なノイズ状のパターンがオホーツク海上の気圧場に現れました発現したのが擾乱のある降水域ではなく冷涼な海上であることからこのノイズの原因は重力波とえられました重力波はブラントバイサラの振動数を持ちその大きさは温位を θと θ θ τ N θ θ θ θ Q w u v dif.θ g z x y cπ (θ dθ θ) θ θ Q W w u v dif.θ dz z x y cπ dθ Q (w w) ADVθ dif.θ dz cπ dθ θ (w w) (6) dz t W してここで c は定圧比熱 πは無次元化した気圧エク N g θ θ z (5) すまた W の backward 積の部は以下のようにと表されます N は温位の直傾度が３K/km 位の通常の大気では0.01s 程度ですが温位の変形します直傾度が大きいところではもっと大きくなります重力波を安定に時間積スナー関数 ADVθは移流項 Q は非断熱加熱でするためには N の逆数よりも小さ W W １ τ mg なタイムステップをとる必要があります Tapp and １ G ρ m White 1976 が N の逆数は100m で３K 以上の温 (ADV W R W ) θ P g z mc P (1 0.61q )(1 q q q q q ) g θ (7) 位傾度があれば30秒よりも小さくなるので海水温が低いオホーツク海上の大気下層でそのようなことが起ここで P は陰解法における気圧の未来値 q q きても不思議はありません q q q q は水物質水蒸気雲水雨雲氷重力波を安定化するために温位の基本場直移流雪あられの混合比です ADVθについてはフの項を小さな時間刻みで評価することにしましたそラックス型の移流項をそのまま用いるため大きな時の場合 θと W の式は以下のようになります間刻みの値と小さな時間刻み内での値の差の基本場直移流を評価しています Forward-backward の間に温位と浮力の計算を行います温位の式の右辺第第３図 2001年６月19日06UTC のメソ解析を初期値とする水平格子間隔10km の NHM による９時間予報の平海面気圧コンター間隔は２hPa と前３時間雨量左重力波のスプリット前タイムステップ30 秒右重力波スプリット後タイムステップ40秒 2016年２月 9

θ dz cπ dθ θ (w w) (6) dz t W してここで c は定圧比熱 πは無次元化した気圧エク N g θ θ z (5) すまた W の backward 積の部は以下のようにと表されます N は温位の直傾度が３K/km 位の通常の大気では0.

8 76 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究第４図年４月９日06UTC を初期値とする NHM の３時間の予報による海州付近の東西直断面図上段移流スプリットしない場合左温位右上昇流下段同じく移流をスプリットした場合斉藤 2003 より天気" 63 2

13 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究 81 shi and Niino 2004 Hara 2010 が現業数値予報モデルとしては世界で初めて導入されています Saito et 2009年４月の al 非静力学メソ４次元変法 JNoVA 導入 Honda et al や2009年10月の GPS 可降水量データ利用開始には気象研究所も貢献しています小司 2015 第８図に示すのは静力学 M SM を含む M SM の３時間雨量10mm に対する TS の経年変化です 12 カ月移動平は当初の0.15 から最近では0.35近くになっています 2004年９月の NHM の導入によるスコアの改善は斉藤牧原 2007 で一度報告してい第７図 MSM と NHM の予報時間ごとのスレッドスコア左上暖候期の３時間積算降水量15mm 閾値としたもの右上寒候期の３時間積算５ mm を閾値としたもの下段は同じく１格子ずれを許容した場合のスコア斉藤ほか 2004 よりますがその後も2009年４月の JNoVA 導入などによりスコアはさらに改善していますこの M SM の降水予測精度の向上は気第１表非静力学 MSM の主な変象庁の降水短時間予報の改 2004年９月非静力学モデルと雲物理過程の導入善にも寄与しています第 2005年３月空港気象ドップラーレーダー動径風データ利用開始９図には夏季６-８月 2006年３月を対象とする2002年と年５月５km50層化８回/日運用 33時間予報 UTC 開始と物理過程改良 2009年４月非静力学メソ４次元変 2009年10月 2010年11月 GPS 可降水量データ利用開始積雲対流スキーム改良 2010年12月衛星輝度温度データ直接同化開始 2011年６月レーダー反射強度による水蒸気推定データ利用開始 2013年３月計算領域の拡大 2002年の時点では持続予 2013年５月 39時間予報 UTC 開始報は４時間後までモデルを 2013年９月マイクロ波イメージャAM SR2輝度温度データ利用開始上回っており補外は６時法 JNoVA 導入 15km40層年の降水短時間予報の予報時間ごと TS を持続予報 PER 補外 EX6 モデル MSM とともに示したものです左に示す間後までモデルを上回っていました補外とモデルの月には１日４回の予報時間が33時間予報に長されるマージは４時間後以降の補外予報を少し改善していとともにメラー山田中西新野 MYNN スキームとる程度でした右図に示す2012年夏季にはモデルは呼ばれるレベル３の乱流クロージャモデル Nakani- ３時間後には持続予報と同程度となり５時間で補外を 2016年２月 15

35近くになっています 2004年９月の NHM の導入によるスコアの改善は斉藤牧原 2007 で一度報告してい第７図 MSM と NHM の予報時間ごとのスレッドスコア左上暖候期の３時間積算降水量15mm 閾値としたもの右上寒候期の３時間積算５ mm を閾値としたもの下段は同じく１格子ずれを許容した場合のスコア斉藤ほか 2004 よりますが

14 82 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究上回っていますまたモデルのマージによる補外の改たなお LFM には 2015年１月から新しい力学フ善の度合いも大きくなっていますレームに基づく非静力学モデル asuca 気象庁予報部気象庁では 2012年８月から水平格子間隔２km の 2014 が用いられています asuca は NHM の資産局地モデル LFM の運用を開始しています当時を継承しながら次世代の計算機アーキテクチャへの対 LFM は気象庁の現業数値予報モデルでは初めて積応や数値計算の保存性を重視して数値予報課が中心と雲対流パラメタリゼーションを用いないモデルで積なって開発しているモデルで今後の気象庁の短期数乱雲の集合体であるメソ対流系を M SM よりも適切値予報の中心になっていくものと思われますに表現する能力を持っています 2014年８月に発生し 3.6 全球モデル開発プロジェクトた広島市の土石流災害の事例では豪雨発生前日18時私が数値予報班長をしていた2002年４月からの２年からの LFM が広島付近での非常に強い線状降水の発間非静力学メソモデルの導入と並んで数値予報課で生を予測し大雨警報の早目の発表につながりましのもう一つの大きな課題が全球モデルの予報精度向上でした気象庁での全球モデル GSM の運用は 1988年に始まり以降気象庁における数値解析予報システムの基盤モデルとして短期週間季節予報の予測技術の核となっています GSM の予報精度は MSM の境界条件を通じて防災情報の精度にも大きな影響を与えることになります GSM の予報精度は年々改善していましたがその改善の度合いは世界の先進数値予報センターのそれを上回るものではなく 1990年台後半以降は世界のトップクラスからやや引き離されているのが当時の状況でしたその原因としては衛星データ同化などモデル開発課題が多岐にわたる広がりを持つようになってきたにもかかわらず庁第８図第９図 16 MSM 降水スレットスコアの変遷 15時間までの予報の平３時間雨量10 mm を閾値とする検証格子は20km で月ごとの値 TS と前12か月移動平 TS12M OBS N は観測の数右の軸気象庁予報部数値予報課による内での横断的な取り組みが不十であったことモデル開発計画が気象庁としての中長期の見通しに結びついていなかったことデータ同化を含めた予測システムの大規模化に対処した戦略的な人員の増強が不十であったことなどがえられましたこのような問題意識を背景に気象庁では1999 平成11 年度に長気象庁降水短時間予報の予測精度閾値１mm/h に対するスレットスコア左 2002年夏季６-８月右 2012年夏季気象庁予報部予報課による天気" 63 2

17 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究たこれらの予報は B08RDP のウェブサイトに１日のリードタイムを持って表示され第11図北 85 気象研究所では 2008年の本実験にあたってメソ４次元変法解析メソ4D-VAR を北京域で実行京管区気象台の予報官が出すオリンピック会場の予報しコントロールランの初期値を作成するとともにの参通常のメソ解析用データに加えて中国内気象観測点にも用いられましたによる地上降水量とオーストラリア気象局が FDP コンポーネントで作成する北京域の解析雨量を同化しました Kunii et al. 2010a 初期値摂動手法としては週間アンサンブル予報のダウンスケール WEP 全球ターゲット特異ベクトル法 GSV メソ特異ベクトル法 M SV メソブリーディング法 MBD 局所アンサンブルカルマンフィルタによるアンサンブル変換 LET の５つの手法を開発し初期値摂動手法を選択するため予報誤差に対するスプレッドの比と変化傾向アンサンブル平 24時間予報対初期値 RMSE の大きさ降水のアンサンブル平のスコアとブライアスコアを客観的に比較しましたその結果 MSV や M BD のようなメソモデルベースの摂動手法は強雨の短時間予測について良好な成績を示すことや GSV が並雨までの予測や RM SE スプレッド比などで良好な成績を示すことなどが確認できました Saito et al. 2011a 一方 LET による摂動は発達率やアンサンブル平などがやや劣る傾向が見られましたこれについては局所化による大域的な摂動構造の維持に改善すべき点が残っているように思われ現在でも私の問題意識として残っています境界摂動として気象研究所に専用線送信されている RSMC 東京責任領域週間アンサンブル予報の P 面ファイル６時間おき1.25度の前日予報 FT 2460 からの摂動成を３時間おきに時空間内挿し予報時間による振幅の調整を加えて与えました境界摂動の付与は領域アンサンブル予報においては予報スプレッドを確保する上で必須であるばかりでなく MBD と LET についてはブリーディング/同化サイクルにも境界摂動を与えることが初期摂動や解析精度そのものにも大きな影響を与えることがかりました Saito et al B08RDP のプロジェクト全体についてのレビューは Duan et al に参加国のメソアンブル予報の相互比較については Kunii et al にまと第11図 2008年８月20日12UTC を初期値とする 18時間予報による３時間に１mm 以上の降水がある確率の布図図中 Observation は８月21日15時の前６時間降水量 Saito et al. 2010a より 2016年２月められています気象研のシステムは地表の気温や相対湿度などの要素については１位降水予測については弱雨については１位で並雨強雨についてはカナダ気象局に次いで２位の概ね良い成績でした気象研究所の開発と国際相互比較の詳細などについては 19

2010a 初期値摂動手法としては週間アンサンブル予報のダウンスケール WEP 全球ターゲット特異ベクトル法 GSV メソ特異ベクトル法 M SV メソブリーディング法 MBD 局所アンサンブルカルマンフィルタによるアンサンブル変換 LET の５つの手法を開発し初期値摂動手法を選択するため予報誤差に対するスプレッドの比と変化傾向

19 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究 4.4 WMO 福島第一原発事故気象解析タスクチーム活動 87 気濃度と沈着の計算を行いました日本は気象庁がオキシダント予測や降灰予報の業務に用いていた 2011年３月11日に発生した東北地方太平洋沖地震と MSM の予報値を入力とする移流拡散モデル新堀ほそれに伴って発生した津波は東日本大震災と呼ばれか 2010 をベースに放射性物質の扱いを加えたモデる大きな災害を各地にもたらしました東京電力福島ル RATM を開発し大気濃度と沈着の計算結果第一原子力発電所では国際原子力事故評価尺度でレを観測値で検証しモデルの評価を行いましたベル７に類される極めて重大で広範囲に影響を及ぼ Saito et al. 2015a 第13図に気象庁 RATM 計算にす原子力事故が発生しました WMO の国連環境計画 UNEP の一部として活動している委員会に原子放射線の影響に関する国連よるセシウム-137 の積算沈着量の計算結果の例を示します福島原発から北西にびる高濃度の沈着域が概ね良く表現されています科学委員会 UNSCEAR United Nations Scien- 福島第一原発事故によって引き起こされた広範囲で tific Committee on the Effects ofatomic Radiation 深刻な放射能汚染という大変衝撃的な出来事は社会があります福島第一原子力発電所の事故を受けて的に最大級の関心事項になったとともに学問に携わ UNSCEAR は事故に関する放射線被曝のレベルとる研究者にもそれにどう向き合うべきかという様々な影響に関する評価報告書を作成することを決め問いかけをもたらしました日本気象学会では事故 WM O は UNSCEAR からの協力要請を受けて福島直後の３月18日に拡散シミュレーションの結果第一原発事故に関する気象解析についての技術タスク関する理事長メッセージを発出し 2015年３月に気チームを2011年11月に設置しました Draxler et 象学会としての理事長提言新野 2012, 2015 を気象庁は事故当事国の国家気象機関とし al 行っていますまた2011年度秋季大会でスペシャルてこのタスクチーム活動に中心的に協力しました斉セッションを 2012年度春季大会でシンポジウムを持藤ほか 2014b つとともに 2013年１月には米国オーチンでの米国気表にタスクチームでは気象解析場の評価のための５象学会年次会に合わせて日米気象学会共催の特別シ km 解像度の領域大気移流拡散沈着モデル実験を行ンポジウムを開催しています近藤ほか 2013 日本い UNSCEAR に気象解析場として非静力学４次元学術会議では放射性物質の輸送沈着モデル計算の比変法に基づく気象庁メソ解析と気象庁解析雨量を提較日本学術会議 2014 を行っており前述した気供しましたこの領域モデル実験では 2011年３月象庁 RATM の予測に基づく結果も含まれています 11 31日を対象として原子力開発研究機構などによ WM O タスクチーム活動に関連して行った気象庁る放射性物質の放出推定を基にして各メンバーがそ RATM の改良の一部は 2013年３月から気象庁のオれぞれの移流拡散沈着モデルを用いて放射性物質の大キシダント予測業務及び降灰予報業務の改善にも反映していますタスクチーム活動とそれに関係する気象研でのモデリング研究についての詳細は気象研究所技術報告 Saito et al. 2015b にまとめています 4.5 極端気象に強い都市りと TOM ACS 2008年夏季は日本各地で局地的な荒天が頻発しました岡崎市で時間雨量146.5mm を記録した平成20年８月末豪雨のほか７月28日には神戸市で都賀川河川敷にいた子供を含む５人が亡くなり８月５日には東京都豊島区で下水道工事作業員５人が亡くなるなど急激な増水に伴う痛ましい事故が発生し社会的にも大きな問題となりましたこの神戸都賀川の事例については前述した Shoji et al や Seko et al. 第13図 2011年３月11日３月31日に対する気象庁 RATM 計算によるセシウム-137の積算沈着量雲内湿性沈着を慮した場合 Saito et al. 2015a より 2016年２月 2011 で扱われています民間気象会社やマスコミがゲリラ豪雨という言葉を多用するようになったきっかけにもなりました小倉

る大きな災害を各地にもたらしました東京電力福島ル RATM を開発し大気濃度と沈着の計算結果第一原子力発電所では国際原子力事故評価尺度でレを観測値で検証しモデルの評価を行いましたベル７に類される極めて重大で広範囲に影響を及ぼ Saito et al.

20 88 気象庁非静力学モデルの現業化とメソスケール気象予測の高度化研究これらを受けて気象学会2009年度春季大会で専門予報斉藤ほか 2016 ですこの事例では鹿島科会 2008年夏季の局地豪雨を持ちその後と東京湾からの海風が一般場の北西風と収束場を作局地的大雨による災害を減らすための観測とナウキャり東京都西部神奈川県に豪雨をもたらしたメソ対ストデータ同化とモデリングを融合させたプロジェ流系をトリガーしたことがかっていますが海風前クト研究を起こせないかと気象研究所の石原正仁さ線に対応する水平収束域のマージとそれに続く強い対ん元高層気象台長防災科学技術研究所の真木雅流性降水の発生がモデルで表現されています之さん現鹿児島大学らと相談しましたこの相談 4.6 HPCI 戦略プログラムとポスト京重点課題を契機に防災科学技術研究所気象研究所東洋大神戸に設置されたスーパーコンピュータ京を先学が中心となって国内25の機関が参加する科学技術振端研究に用いるための文部科学省の HPCI 戦略プロ興調整費後の科学技術戦略推進費研究気候変動グラムが2011 平成23 年度から行われています社に伴う極端気象に強い都市会的学術的に大きなブレークスルーが期待できるりが年度に実施され年夏季を中心として首都圏を野として５つのフィールドとした前例のない稠密観測が行われましすこのうちた測では気象気候地震津波などによる自然災 TOMACS Tokyo M etropolitan Area Convec- 野が選ばれて研究が行われていま野３防災減災に資する地球変動予害に関するシミュレーションを行っています研究課 tion Study は石原さんの命名による上記研究の英題の一つが超高精度メソスケール気象予測の実証名で上記研究を顕著な大気現象の機構解明や予測で海洋研究開発機構と気象研究所が中心となり東技術の改善に関する WWRP 傘下の RDP として位置京大学京都大学東北大学名古屋大学神戸大づけるための提案を Nakatani et al が行い学琉球大学防災科学技術研究所などが参加してい 2013年７月に認証されました中谷ほか 2014 日本ます台風集中豪雨局地的大雨や竜巻など顕著気が主催する初めての RDP となりましたこれまで象現象の力学的な予測とリードタイムを持った定量日本米国カナダドイツブラジルフランス的確率予測の可能性を実証することを最終的な目的と韓国の７か国の参加のもと国際ワークショップを開催して 1) 領域雲解像４次元データ同化技術の開発しており Nakatani et al 三隅ほか ) 領域雲解像アンサンブル解析予報システムの開発 RDP としての TOM ACS は2016年夏まで実施されると検証 3) 高精度領域大気モデルの開発とそれを用予定ですいた基礎研究の３つの科学目標にった研究を実施第14図は2011年８月26日の首都圏豪雨についての特しています Saito et al 斉藤ほか 2015 異ベクトル法を用いた雲解像アンサンブル実験による LETKF ネストシステム Seko et al を用い第14図年８月26日の首都圏豪雨事例に対する水平格子間隔２km の NHM を用いた特異ベクトル法アンサンブル予報のメンバーp04の下層 1000hPa の水平発散左 14時と中 16時 (右 18時の前１時間降水量斉藤ほか 2016 より天気" 63 2

6 HPCI 戦略プログラムとポスト京重点課題を契機に防災科学技術研究所気象研究所東洋大神戸に設置されたスーパーコンピュータ京を先学が中心となって国内25の機関が参加する科学技術振端研究に用いるための文部科学省の HPCI 戦略プロ興調整費後の科学技術戦略推進費研究気候変動グラムが2011 平成23 年度から行われています社に伴う極端気象に強い都市会的

Microsoft PowerPoint _HARU_Keisoku_LETKF.ppt [互換モード]

Microsoft PowerPoint _HARU_Keisoku_LETKF.ppt [互換モード] を用いた大阪平野南部で発達した雷雨の再現実験 ( のネストシステムを目指して ) 瀬古弘露木義斉藤和雄 ( 気象研究所 ) 黒田徹 ( 海洋研究開発機構 ) 藤田匡 ( 気象庁 ) 三好建正 ( メリーランド大 ) を用いたアンサンブル予報観測やに誤差はつきもの大気の初期状態はある存在確率で把握する方が望ましい ( 特に局地豪雨は初期値に敏感で決定論的な予報は困難 ) 単独予報値摂動予報値