台風観測研究の今後の展望～台風力学から応用へ～

台風観測研究の今後の展望～台風力学から応用へ～

筆保弘徳横浜国立大学

第 1 回ドップラーライダーによる宇宙からの風観測に関する講演会2011 年 9 月 30 日　東京大学理学部 1 号館小柴ホール

資料提供者：山口宗彦 ( 気象研究所 ) ・城岡竜一 (JAMSTEC)　　　　　　　　佐藤正樹 ( 東京大学 /JAMSTEC) ・伊藤耕介 ( 国立台湾大学 )　　　　　　　　真鍋和大 ( 京都大学 ) 　

日本における台風災害の甚大さ

経済損失経済損失

人的被害人的被害日本における自然災害の要因割合 (1980-2005)日本における自然災害の要因割合 (1980-2005)

2005 年の価値基準による見積もり　Munchener Ruck Munich Re Group より

台風災害は、地震災害とならび、日本の自然災害の大きな割合を占める

人的被害は小さくなっているが、経済損失などの被害は減少してきているとはいえない

1004 号秋田上陸2010 年 8 月

1009 号福井上陸2010 年 9 月

特異な挙動をする台風の増加

2010 年　日本海で勢力を衰えずに上陸

台風研究の必要性

台風被害が依然として大きい現状の背景には台風経路予報の精度は平均的には向上したが、個々の事例では約 1000km の誤差も・・数値シミュレーション・観測研究により台風力学の理解が進展しつつあるが、応用・技術開発が進んでいない

求められるもの　　亜熱帯海上のモニタリング求められるもの　　亜熱帯海上のモニタリング

台風力学応用

数値シミュレーション

大型台風観測計画

衛星搭載ドップラーライダーによる台風観測

環境場と台風の関係

衛星搭載ドップラーライダーにより、対流圏の風を高精度に観測できれば・・・

• 台風の進路予報• 台風強度・サイズの予報• 台風発生過程の理解

　　１．台風進路　　

東・東南アジアへの台風の進路

1951 ～ 2004 年統計台風発生： 27.0 　日本・韓国上陸 :3.4 　中国上陸 :3.7 　インドネシア半島上陸 :5.1

50 年間の台風発生位置50 年間の台風発生位置30 年間の台風経路30 年間の台風経路

1997 ～ 2007 年の台風進路予報誤差1997 ～ 2007 年の台風進路予報誤差

Yamaguchi et al. (2009)

東・東南アジアへの台風の進路

アンサンブル予報が示すとおり、予報の難しい ( スプレッドが大きい ) 台風が存在

・高層観測点が少ない領域・偏西風帯と太平洋高気圧の合流域・転向時が難しい

アンサンブル予報が示すとおり、予報の難しい ( スプレッドが大きい ) 台風が存在

・高層観測点が少ない領域・偏西風帯と太平洋高気圧の合流域・転向時が難しい太平洋高気圧

偏西風

台風トラック研究の国際観測プロジェクト

T-PARC ： THORPEX Pacific Asian Regional Campaign日本が主導した国際研究計画のもと( 研究代表者 : 中澤哲夫 ) 、 2008 年に台風進路予報の改善を目的として航空機による台風の直接観測が行われた。

DOTSTAR: Dropsonde Observation for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region.国立台湾大学と台湾気象局が主体となって 2003年に DOTSTAR と呼ばれるプロジェクトが開始された。 DOTSTAR では台湾に影響のありそうな台風を対象に、年に 10 回程度航空機によるドロップウィンドゾンデ観測を行っている。

台風周辺の気温、湿度、気圧、風速　の詳細な観測

予報誤差が生じる原因は二つ (Yoden, 2006) (1) 大気の持つカオス的性質により初期値に　　含まれる誤差が増大すること (2) 予報モデルが不完全で現実大気の変化を　　正しく表現できていないこと

台湾国立大学が、 2002 年より、台湾に影響を及ぼすことが予想される台風に対して有人飛行機によるドロップゾンデ観測を行っている (DOTSTAR: Dropsonde Observation for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region)。 2004年 6月 8日 12UTCに台風 Consonを対象とした観測が行われた。

Produced by National Institute of Informatics

観測時の赤外画像

Conson の中心位置

中心気圧： 960 hPa最大風速 : 65 kt

全部で 16 点のドロップゾンデ観測

Conson(T0404) を対象としたドロップゾンデ観測


もし航空機観測データがなかったら、台風の北東進は予想できていなかった（ 2004 年台風第 4 号の事例 )。

黒線：実際の台風進路

赤線：航空機観測データがあった場合の台風予報

青線：航空機観測データがなかった場合の台風予報

航空機観測で劇的に進路予報が改善する例観測


A

A’

★

(Ito and Wu, 2011, in preparation) A’ A

T1013 (Megi)

一般化逆行列を用いて定義されるアンサンブルベースの感度を台風の進路に関する感度解析に導入

従来手法とは異なり、台風の位置そのものを評価関数とすることができ、進路に影響する要素を直接、定量的に検出できる。

台風移動に対する理論研究

東西風 (500hPa) に対する感度評価関数 :24時間後の台風中心経度東西風 (A-A’断面図 ) に対する感度

衛星観測による進路予報の改善

( 山下他 2007)

AMV(Atmospheric motion vector)( 大気追跡風 )

衛星観測による進路予測の改善に関して (Velden et al. 1992, Goerss et al. 1998, 山下 2007, Wang et al. 2006, Langland 2009, Goerss 2009)

Hurricane Katrina (2005)

赤 Rapid-scan AMV 青 Regular AMV(Langland 2009)

00UTC27 ±3h 15 drop sonde

衛星観測による進路予報の改善青　 Regular赤　 Rapid-scan 　

RS-AMV の使用Midium-range(72-120h) で改善

衛星観測 RS vs ．ドロップゾンデ 12%改善　観測点数の増加　広い空間・時間をカバー

緑　ベストトラック青　 Regular赤　 Rapid-scan 　


環境場の水平シア・鉛直シア・乾燥気塊慣入の観測ができれば・・　　　・台風発生予報の可能性　　　・台風発生メカニズム理論の検証

環境場の風の観測ができれば・・・　　　・数値予報へのデータ同化　　　　　　　＝台風進路予報の精度向上　　　・理論研究の検証

台風外側対流圏中層風 (inflow/outflow) と湿度の観測ができれば　　　・台風水平スケールへの影響　　　・理論研究の検証環境場の鉛直シア・水平シアの観測ができれば・・・　　　・台風の軸対称化＝台風強度への影響　　　・理論研究の検証

　２．台風強度・サイズ　

台風の強さと大きさ

T0423 Oct 19 06UTCT0422 Oct 08 06UTC

｢大型で並の強さ｣｢小型で強い｣台風

　　　　　両者は独立した発達メカニズム　　　　　 Weatherford and Gray (1988a, b)

台風強度 ( 台風中心気圧 )台風サイズ (影響半径 )

台風の強さと大きさ

(a)12Z03SEP2004 (b)18Z03SEP2004

(c)21Z03SEP2004 (d)00Z04SEP2004

(e)06Z04SEP2004 (f)12Z04SEP2004

Fig. 3. Satellite image over the East Asia and western North Pacific, showing the evolution of Typhoon Songda (2004) and the precipitation system in the southern central

T0418

　＜台風の概要＞発生年月　 2004 年 9 月特徴・大型で進行速度が遅かった・台風遠方時でも秋雨前線活発化に影響

台風のサイズが遠隔地への影響

（日本損害保険協会調べ；平成 21 年）

風水害による損害保険金支払額

03/00 952

04/00 949

05/00 935

現実実験台風なし実験

リアル実験

台風なし実験

３日間降水量

南海上に台風がないと、関東の降水は約 60％減

Wang et al. (2010)

台風サイズの要因

台風サイズの発達メカニズム仮説・発生時の環境場：大規模擾乱のサイズ・環境場の相対湿度

環境場感度実験による台風サイズの変化地上風 17m/s の半径　 Hill and Lackmann (2009)

c)

Xu, and Wang (2010)

150km 60km 30km 0km

外部コア発達プロセス

壁雲　眼壁雲

摩擦層

5 km

10km

2 km

上層雲 Anvil上層雲 Anvil

軸対称構造鉛直断面図　

外部コア発達プロセス　：　外部アンビルの非断熱加熱により、台風バランス力学で説明される、２次循環が発生。その中層収束による絶対角運動量の輸送で発達。


Fudeyasu and Wang (2011)

150km 60km 30km 0km


壁雲　眼壁雲

摩擦層

5 km

10km

2 km






150km 60km 30km 0km


壁雲　眼壁雲

摩擦層

5 km

10km

2 km






150km 60km 30km 0km


壁雲　眼壁雲

摩擦層

5 km

10km

2 km







150km 60km 30km 0km

壁雲　眼壁雲

摩擦層

5 km

10km

2 km


台風スケールの決定

台風強度の決定

台風外側対流圏中層風 (inflow/outflow) と湿度の観測ができれば　　　・台風水平スケールへの影響　　　・理論研究の検証

Fudeyasu et al. (2010)

大規模場の風＞台風構造 ( 対流雲の組織化・軸対称 /非軸対称 ) をコントロール

メソスケール過程＞軸対称非断熱加熱（壁雲形成）による SSIを通して、台風強度 ( 発達 /衰弱 ) を決定する

大規模な風の負の効果(鉛直シア・水平シア )

台風の軸対称構造を壊す

2次循環が弱まる(SSI 過程の衰退 )

台風強度は弱まる

大規模な風の正の効果(負の効果が弱い )

台風の軸対称化

2次循環が強まる(SSI 過程 )

台風強度は強まる





　　 3 ．台風発生　　　

台風発生メカニズムの解明は・・・気象学研究においても、最も解明されていないメカニズムの一つとされている (Emanuel 2003; Gore 2006；伊藤 2007)

解明を困難にする原因は？1.台風発生が起きる亜熱帯域海上での密な観測が困難2.高精度な気象モデルを用いた数値シミュレーションを行っても，長時間・多重スケール現象である台風を再現するのは困難

現在の研究状況亜熱帯域海上での総合的な観測NICAM による長期間シミュレーション

Background

台風セミナー　 2011 年 9月13 日

Observation vs. NICAM MTSAT-1R NICAM

Dec. 29 2006

MJO-organized clouds

TS Isobel

MJO-organized clouds

TS Isobel

2weeks after initialization

La

titu

de

Surface rain rate (mm hour-1) by TRMM-TMI Surface rain rate (mm hour-1) by NICAM

0920 UTC 2 Jan.

2230 UTC 2 Jan.

300km

熱帯低気圧発生集中観測　 (PALAU2008/2010)

メカニズム解明を目的とした観測計画の立案と実施

JAMSTEC 熱帯気候変動研究プログラムの集中観測概念図

観測に用いた航空機　ガルフストリーム II

航空機から投下して温湿度・風を　　　　　測定するドロップゾンデ

観測船みらい PALAU2008 集中観測 2008/6/17 21UTC

FengshenFengshen 初期渦段初期渦段階の階のレーダーエコー（カラレーダーエコー（カラ――））

JTWCJTWC によるによる　予報進路　予報進路

フィリピンに上陸、甚大な被フィリピンに上陸、甚大な被害害

領域集中格子版

2008/6/11-20 2008/6/11-20 平平均　均　　　 850hPa850hPa 東西風速東西風速場場

MJOMJO の通過に伴う赤道域西の通過に伴う赤道域西風風大規模な低気圧循環　大規模な低気圧循環　　　　　　　　　（台風の発生に好都合）　　（台風の発生に好都合）

台風 Fengshen の全球雲解像シミュレーション

目的：・　集中観測との連携による台風発生メカニズムの解明と予報精度向上・　国際観測プロジェクト Year of Tropical Convection(YOTC) への貢献・　 3.5km格子計算を利用した積雲スキーム改善への貢献　（非断熱加熱率、マスフラックス、エントレインメント率評価）実験設定：・　水平格子間隔 : 3.5 km, 14km（感度計算）　・　鉛直： 40 層　 (0 m ~ 38,000 m)・　積分期間 : 2008 年 6 月 15-25 日（台風発生： 6 月 19 日）・　初期値データ : ECMWF YOTC Operational data (0.5x0.5 度 )・　海洋混合層モデル（ Reynolds SST にナッジング）

台風セミナー　 2011 年 9月13 日

A synthesis of the cyclogenesis process

-2000km

2000km- 200km

200km- 20km

20km- 2km

Synoptic-scale

Meso-α-scale

Meso-β-scale

Meso-γ-scale

ENSO等

クラスター・メソ対流・ MCS ・ MCV併

合・軸対称化

対流バースト・VHTs併合・強化

MJO ・モンスーントラフ等

熱的因子を満たすプレコンディショニ

ング

季節 10-60 日前数日－ 10 日前　発生

長期変化

季節内変化　

個々の台風発生をコントロール

台風組織化SSIアップスケーリン

グ

熱帯波動擾乱・大規模擾乱等

対流雲組織化をもたらす

メソスケール過程

相互作用

力学的因子を満たすプレコンディショニ

ング

ダウンスケーリン

グ

台風

時間

プレコンディショニングステージ

台風組織化ステージ第 1次渦強化第 2次渦強化

自己発達ステージ

水平スケール

相互作用

対流スケール

メソ対流系スケール

大規模スケール

台風システムスケール

海域スケール

対流活発化メソ対流・

理想場実験での｢箱入り台風｣の発生は容易

現実大気＝水平シア・鉛直シア・乾燥気塊慣入　台風発生過程にとって負の影響が多く存在する。　

メソスケール過程による台風発生完了までの長い期間に、この負の影響から台風の卵が守られるかどうかが、台風が誕生できるかの要と言える。 (近年の研究 marsupial paradigm)





東アジア台風観測計画とアジア台風センターの設立

計画実施概要アジア台風センターを東京と沖縄に開設する。

東京本部は計画運営と研究の場として、研究者と大型コンピュータを配置し、観測と数値シミュレーションを融合した研究を遂行する。

沖縄観測推進本部では、大規模な台風観測 (飛行機・衛星観測を含む ) を継続的に実施する体制を整備する。

日本が指導的な立場をとり、東アジア諸国の台風センターと連携をとりながら、観測計画を提案・実施する。アジア台風センターを拠点として、各国の研究機関との共同研究や若手研究者育成を図る連携を持つ。

気象庁台風センターとの違い

台風発生位置と進路台風発生位置と進路

Shanghai Typhoon Institute

Typhoon Dynamics Research Center

APEC Research Center for Typhoon and Society

沖縄観測推進本部沖縄観測推進本部

東京本部東京本部

　　　　　　　気象庁台風センター

職員 7名気象庁本庁予報課内

WNO 所属の西太平洋地区の台風監視組織

台風モニタリングとベストトラック作成 (Dvorak Technique による台風中心とサイズの見積もり )

　　　　　　　気象庁台風センター

職員 7名気象庁本庁予報課内

WNO 所属の西太平洋地区の台風監視組織

台風モニタリングとベストトラック作成 (Dvorak Technique による台風中心とサイズの見積もり )

飛行機・地上レーダー観測の概要飛行機観測：台風強度の正確なデータベースのために必要台風の中心気圧、風速の正確な観測は飛行機による。西太平洋では、 1987 年 8 月以来、米軍による飛行機観測が途絶えている。

台風

• アジア台風センターの運営・研究施設の整備 ( 大型コンピュータを含む ) 10億

• 沖縄観測推進本部の研究施設の整備 5億• 人件費　 10億：（研究員 10名ｘ 10 年）• 航空機搭載レーダーの開発 5億• 10 年間航空機運用 30億• 台風集中観測経費 20億

予算規模

計画の現状ユニークなポイント　東アジア及び東南アジア諸国との連携。1 つの台風を各拠点から観測を実施。モデリング予報により、集中的に台風観測すべきツボをおさえた観測の実施。東・東南アジア諸国で連携した大規模な台風研究は過去にない。

現段階での準備状況と実現の期待　研究計画の大枠がまとまりつつある。東・東南アジア諸国との調整を進んでおり、台風研究をリードしている米国、台湾、中国の研究者との連携もすでにある。計画に必要な資金やアジア台風センターの設立場所などは定まっていない。アジア台風センターの設立は緊急を要しており、 3 年以内には計画を開始・実施したい。

112 月 4

日 10:00-10:20 海洋環境保全を担う統合観測システムの開発と構築池田元美北海道大学名誉教授

212 月 4

日 10:20-10:40 地球惑星科学のフロンティア ― 南極内陸高地総合観測藤井理行情報システム研究機構国･立極地研究所

312 月 4

日 10:40-11:00インド洋・太平洋の短期気候変動観測・予測・社会適応システムの研究開発

安藤健太郎

独立行政法人　海洋研究開発機構

412 月 4

日 11:00-11:20 国際赤道大気研究センター津田敏隆京都大学生存圏研究所

512 月 4

日 11:20-11:40 衛星による全球地球観測システムの構築福田徹宇宙航空研究開発機構

612 月 4

日 11:40-12:00静止衛星を利用した大気汚染・気象の次世代観測研究計画秋元肇（財団法人）日本環境衛生センター

12 月 4日 12:00-13:00昼休み　　

712 月 4

日 13:00-13:20航空機観測による大気科学・気候システム研究の推進近藤豊東京大学先端科学技術研究センター

812 月 4

日 13:40-14:00北極変動大畑哲夫海洋研究開発機構・地球環境変動領域

912 月 4

日 14:00-14:20陸上生態系の水・物質循環を通じた環境維持作用に対する基礎医学的研究谷誠

京都大学農学研究科森林水文学分野

1012 月 4

日 14:20-14:40 東アジア台風観測計画とアジア台風センターの設立筆保弘徳横浜国立大学　教育人間科学部

1112 月 4

日 14:40-15:00気候変動予測連携研究拠点木本昌秀東京大学大気海洋研究所

1212 月 4

日 15:00-15:20全球的地上衛星連携観測による宇宙嵐・地震前兆に関する研究湯元清文

九州大学　宙空環境研究センター

1312 月 4

日 15:40-16:00 大型レーダーを用いた南北両極の大気科学の推進佐藤薫東京大学大学院理学系研究科

台風 Fengshen の全球雲解像シミュレーション

観測観測

3.5　km3.5　km格子格子　標準　標準

14km14km格子格子　強乱流混合　強乱流混合

14km14km格子格子標準乱流混合標準乱流混合　（　（青青・・黄黄・・緑緑））

•　乱流混合強化による進路の改善（ 14km格子）•　高解像度化による進路の改善進路予報向上に対する雲分布の再現性の重要性を示唆

NICAM　3.5　NICAM　3.5　km　km　

MTSAT-MTSAT-IRIR

台風発生２日前（台風発生２日前（ 2008/06/17　00UTC)2008/06/17　00UTC)　雲分布　雲分布

14km14km格子格子強乱流混合強乱流混合

14km14km格子格子標準乱流混合標準乱流混合

mm/hr mm/hr

観測観測

3.5　km3.5　km格格子子　　標準　　標準

台風直後（台風直後（ 2008/06/19)　2008/06/19)　１日積算１日積算降水量降水量

気象衛星観測

熱帯降雨観測衛星 TRMMによる台風観測

JAXA Homepage より

気象衛星観測：衛星観測による台風の統計データベース将来の気象衛星計画の提案台風の発生・強度・構造変化

赤道周回衛星の提案

Megha-TropiquesEquiTrap/EquiWinds

Observed range15N

15S

• マイクロ波を発射し返ってくるエコーを観測　→３次元構造がわかる

• 観測範囲： 36°S ～ 36°N地上から 20km– 衛星高度： 402.5km

• 観測幅： 245km• 鉛直分解能： 250m• 水平分解能： 5km

熱帯降雨観測衛星降雨レーダー (TRMM/PR)

京都大学大学院　　真鍋　和大

8/10/2011 43

Katrina の降水鉛直分布

高さ(km)

T0423 Oct 19 06UTC

Pre-T0423 Oct 12 18UTCPre-T0422 Oct 04 00UTC

T0422 Oct 08 06UTC

台風の大きさ

１００８

１００ 4１００８

１００ 4

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台風観測研究の今後の展望 ～台風力学から応用へ～

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