沖縄偏波降雨レーダー (COBRA) で観測された台風 0418 号の風速場の特徴

気象学会 2005 年度春季大会専門分科会

「 2004 年の台風はなぜ異常だったか？」5 月 18 日＠東京大学本郷キャンパス

佐藤晋介 *1 、長濱紘子 *2 、花土弘 *

3 、中川勝広 *1 、高橋暢宏 *4 、井口俊夫 *4

*1 NICT 沖縄亜熱帯計測技術センター*2 東京学芸大学 気象学研究室

*3 JAXA GPM/DPR プロジェクトチーム* ４ NICT 降水レーダグループ

台風 0418 号（ＳＯＮＧＤＡ）の特徴

09/08,09JST

広島市で 60.2m/s 、札幌市で 50.2m/s の最大瞬間風速を記録。北大のポプラ並木を倒すなどの被害。

09/05, 09JST

沖縄県名護市で沖縄本島での観測史上最低の気圧925.2hPa (AMeDAS) を記録 （ 9 月 5 日 18 時 JST ）

09/08,12JST09/05, 12JST

998hPa

2728293031

0102

0304

05

06

07

980975945935

935945

935940

940

945

08 970hPa

925hPa

＜本研究の目的＞ COBRA のほぼ真上を通過 した軸対称性の良い台風 ０４１８号の「風速場の特徴」 を地上気象観測データと ドップラー速度から調べる

COBRA 観測範囲と NICT

地上気象観測システム

＜ COBRA 観測データ ～ 18 時間＞1030JST ： dual-Cycle モード（ TWTA パルス圧縮） |1800JST ：台風中心が COBRA サイトを通過 |1950-2120JST ： 1 時間 30 分の欠測 |2230JST 以降： dual-PRF モード（ Klystron ） |9/6, 0430JST(1930Z) 以降： 発発故障により欠測

１０分毎のシーケンス・ PPI (14-EL angles)・ RHI (4 AZ angles)・ POS (EL=90 deg)

主な観測量（ +45 送信、 H/V 受信）・反射強度、ドップラー速度・偏波データ（ ZDR, (LDR), ρHV, φDP ）

280 km

石垣市立野底小学校

与那国海洋観測施設

名護降雨観測施設（ COBRAサイト）

大宜味大気観測施設

沖縄亜熱帯計測技術センター（恩納）

＜解析に使用したデータ＞・反射強度＋ドップラー速度（ PPI EL= 0.9 deg）・ COBRA サイトの地上気象観測データ

距離分解能： 150 m/300 mビーム幅： 0.9 deg

COBRA サイトを通過する台風

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 3:00

MO

TIO

N [

m/s

]

COBRA(± 30min)COBRA(± 90min)J MA Best Track

台風中心の移動速度

JST

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00

TIME

WIN

D S

PE

ED

[m

/s]

915

925

935

945

955

965

975

PR

ES

SU

RE

[h

Pa]

平均風速最大瞬間風速海面気圧

最大平均風速29.8 m/s (16:58)

最低海面気圧917.6 hPa (17:35)

最大瞬間風速56.1 m/s (18:57)

COBRA サイト 地上気象観測データ

＜台風中心＞瞬間風速 4.5 m/s (18:01)平均風速 4.2 m/s (18:05)

05SEP2004 06SEP2004TIME (JST)

0

10

20

30

40

50

60

-150 -100 -50 0 50 100 150DISTANCE from the Typhoon Center [km]

WIN

D S

PE

ED

[m

/s]

915

925

935

945

955

965

975

PR

ES

SU

RE

[h

Pa

]

0224Z 0900Z 1403Z

P=Pc + ΔP exp[-(Rm/R)^B]ΔP=62hPa, Rm=47km, B=1.1

Sea-Level Pressure Max. Instant. Wind Speed Mean Wind Speed

Gradient Wind

１） COBRA で求めた台風中心の移動速度から時刻を距離に変換する２） 気圧変化から Holland(1980) の式による回帰曲線を求める３） 気圧傾度力（と遠心力＋コリオリ力）から、傾度風を求める・ 旋衡風速（傾度風）の大きさは、最大瞬間風速と同程度

・ 旋衡風速の最大半径（ Rm=47 km ）は観測値（ Rm=15 ～ 30km ）より大きい

気圧変化から求めた傾度風

ドップラー速度の解析方法（１）～折り返し補正～

与えた接線方向の風速成分

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

[km]台風中心からの距離

[m

/s]

接線

速度

観測（生）データ シミュレーション（参考値） 折り返し補正後

Dual-PRF(pulse by pulse)

速度の連続性による折り返し補正

20 m/s

Vmax=5.6 m/s

40 m/s

40 m/s

Vmax=21.1 m/s

5 m/s

ドップラー速度の解析方法（２） ～接線速度成分の抽出～

coscossin mr VVV接線速度成分 動径速度成分 移動速度成分

：台風中心から見た観測点の方位角

：レーダから見た観測点の方位角

：台風の移動方位角

cos

sin

sinsincoscos

cossinsincos

mmr

mmrd

VVVV

VVVVV

接線速度成分の係数 動径速度成分の係数　　　　　　接線速度成分の寄与率

o

θ

接線風速 ベクトル　ｖ θ 　

　ｖｄ ドップラー

速度

台風中心の移動速度ベクトル ｖ m

ｖ r 　動径風速 ベクトル　

　ｘ

　ｙ

φ

0

10

20

30

40

50

0 25 50 75 100 125 150 175DISTANCE from the Typhoon Center [km]

TA

NG

EN

TIA

L V

EL

[m

/s]

0230Z0330Z0430Z1230Z

ドップラー速度から求めた平均接線風速

cos

cos

sin

m

r

d

V

V

VV 接線速度成分

動径速度成分

移動速度成分

観測されるドップラー速度

：台風中心から見た観測点の方位角

：レーダから見た観測点の方位角

：台風の移動方位角

ドップラー速度（観測値） 動径速度（ Vr=0）と移動速度成分を差し引いた結果

台風中心に対して一周平均 した接線速度

0330Z

0

10

20

30

40

50

60

-150 -100 -50 0 50 100 150DISTANCE from the Typhoon Center [km]

WIN

D S

PE

ED

[m

/s]

915

925

935

945

955

965

975

PR

ES

SU

RE

[h

Pa

]

0224Z 0900Z 1403Z

P=Pc + ΔP exp[-(Rm/R)^B]ΔP=62hPa, Rm=47km, B=1.1

Gradient Wind

0230Z-Doppler

0430Z-Doppler Sea-Level Pressure Max. Instant. Wind Speed Mean Wind Speed

1230Z-Doppler

・ ドップラー速度から求めた平均接線風速( 高度 2 ～ 4 km) は、傾度風の大きさ（～地上観測の最大瞬間風速）とほぼ一致。

・ 接線風速最大となる半径は、 18 ～ 20 km でアイウォールの半径とほぼ一致。

半径 20km の円

平均接線風速と地上観測の比較

２重のアイウォール

台風中心部の時間変化（１０分毎）

反射強度 (dBZ) ドップラー速度 (m/s)[ 折り返し補正なし ]

◇ １台のドップラーレーダー観測から求めた平均接線 風速（高度２～４ km ）は 25 ～ 40 m/s で、傾度風の 大きさとほぼ一致した。

◇ 接線風速が最大になる半径は～ 20 km で、アイ ウォールの半径と良く一致した。

◇ 地上観測で得られた２つの風速ピークは、アイ ウォールの２重構造に対応すると考えられる。

△ 降水バンドおよび風速場の３次元構造→ 降水バンドによる風速強化 (?) のメカニズム解明

△ 数値予報モデルとの比較、インプット（データ同化）→ 予測精度の向上

まとめ・今後の課題

平均接線風速と動径風速

0330Z0330Z 0330Z

1230Z1230Z 1230Z

（同心円状に一定）

移動速度成分除去のエラー

PPI+RHI 1330JST (velocity aliasing)

eye-wall bank eye-wall bank

RANGE (0-100 km) RANGE (0-100 km)

Vmax=5.61 m/s

Vmax=14.04 m/s

PPI+RHI 1800JST （ほぼ台風中心）

Vmax=5.61 m/s

RANGE (0-100 km) RANGE (0-100 km) Vmax=14.04 m/s

eye-wall convergence

PPI+RHI 2230JST

Vmax=21.14 m/s

RANGE (0-100 km) RANGE (0-100 km) Vmax=14.04 m/s

ＣＯＢＲＡ観測シーケンス

EL AZ PW PRF1 PRF2 Range Vmax Integ Ant. Speed Time[deg] [deg] [us] [Hz] [Hz] [km] [m/ s] [hit] [rpm] [sec]

1 +45 0.5 PPI 2.0 500.0 375.4 292.0 - 21.14 32 1.1 54.5 Vel Fold2 +45 0.9 PPI 2.0 500.0 375.4 292.0 - 21.14 32 1.1 54.5 Vel Fold3 +45 1.4 PPI 2.0 750.2 563.1 180.0 - 31.68 32 1.3 46.2 Vel Fold4 +45 2.0 PPI 2.0 750.2 563.1 170.0 - 31.68 24 1.8 33.3 Vel Fold5 +45 2.6 PPI 1.0 750.2 563.1 170.0 - 31.68 24 1.8 33.3 Vel Fold6 +45 3.4 PPI 1.0 750.2 563.1 170.0 - 31.68 24 2.3 26.1 Vel Fold7 +45 4.3 PPI 1.0 1000.0 750.2 140.0 - 42.15 24 3.1 19.4 Vel Fold8 +45 5.5 PPI 1.0 1000.0 750.2 140.0 - 42.15 16 4.5 13.3 Vel Fold9 +45 6.8 PPI 1.0 1000.0 750.2 140.0 - 42.15 16 5.0 12.0 Vel Fold

10 +45 8.5 PPI 1.0 1000.0 750.2 140.0 - 42.15 16 5.0 12.0 Vel Fold11 +45 10.5 PPI 1.0 1350.4 1013.2 75.0 - 56.94 16 6.0 10.0 Vel Fold12 +45 13.0 PPI 1.0 1350.4 1013.2 75.0 - 56.94 16 6.0 10.0 Vel Fold13 +45 16.1 PPI 1.0 1350.4 1013.2 75.0 - 56.94 16 6.0 10.0 Vel Fold14 +45 20.0 PPI 1.0 1350.4 1013.2 75.0 - 56.94 16 6.0 10.0 Vel Fold17 +45 RHI 41.2 1.0 1000.0 - 100.0 14.04 64 0.5 30.0 EL=0° →90°20 +45 RHI 160.0 1.0 1000.0 - 100.0 14.04 64 - 0.5 30.0 EL=90° →022 +45 RHI 245.5 1.0 1000.0 - 100.0 14.04 64 - 0.5 30.0 EL=0° →90°24 +45 RHI 340.0 1.0 1000.0 - 100.0 14.04 64 0.5 30.0 EL=90° →0°

No. Pol 備考

PW PRF Range Vmax PW PRF Range[deg] [deg] TX [us] [Hz] [km] [m/ s] TX [us] [Hz] [km] [hit] [rpm] [sec]

1 +45 0.5 PPIBeam221 100.0 400.0 280.0 5.61 57 1.0 400.0 20.0 26 1.3 47.02 +45 0.9 PPIBeam221 100.0 400.0 280.0 5.61 57 1.0 400.0 20.0 26 1.3 47.03 +45 1.4 PPIBeam221 100.0 400.0 280.0 5.61 57 1.0 400.0 20.0 26 1.3 47.04 +45 2.0 PPIBeam221 100.0 400.0 250.0 5.61 57 1.0 400.0 20.0 18 1.8 34.05 +45 2.6 PPIBeam221 100.0 400.0 250.0 5.61 57 1.0 400.0 20.0 18 1.8 34.06 +45 3.4 PPIBeam221 100.0 400.0 250.0 5.61 57 1.0 400.0 20.0 16 2.0 30.07 +45 4.3 PPIBeam220 50.0 666.7 140.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 44 2.3 27.08 +45 5.5 PPIBeam220 50.0 666.7 140.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 36 3.0 20.09 +45 6.8 PPIBeam220 50.0 666.7 140.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 26 4.1 15.0

10 +45 8.5 PPIBeam220 50.0 666.7 140.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 26 4.1 15.011 +45 10.5 PPIBeam220 50.0 666.7 100.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 26 4.1 15.012 +45 13.0 PPIBeam220 50.0 666.7 100.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 26 4.1 15.013 +45 16.1 PPIBeam220 50.0 666.7 100.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 26 4.1 15.014 +45 20.0 PPIBeam220 50.0 666.7 100.0 9.36 57 1.0 800.0 20.0 26 4.1 15.017 +45 RHI 41.2Beam57 1.0 1000.0 100.0 14.04 57 1.0 1000.0 20.0 64 0.5 30.0 El=0→ 9020 +45 RHI 160.0Beam57 1.0 1000.0 100.0 14.04 57 1.0 1000.0 20.0 64 - 0.5 30.0 El=90→ 022 +45 RHI 245.5Beam57 1.0 1000.0 100.0 14.04 57 1.0 1000.0 20.0 64 - 0.5 30.0 El=0→ 9024 +45 RHI 340.0Beam57 1.0 1000.0 100.0 14.04 57 1.0 1000.0 20.0 64 0.5 30.0 El=90→ 0

備考EL AZ Integ Ant.Spd Time1st Beam (Long Pulse)

No. Pol2nd Beam (Short Pulse)

PulseNo.

PulseNo.

COBRA+ (DualCycle Beam)

COBRA (Dual-PRF)

TRMM 観測データ

09/06, 0525JST

09/05, 1115JST

09/05, 0443JST

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150 200 250

Slant Range [km]

He

igh

t [k

m]

Distance along the Earth surface (using the 4/3 R: Earth equivalent radius)

COBRA Volume Scan: EL=0.5, 0.9, 1.4, 2.0, 2.6, 3.4, 4.3, 5.5, 6.8, 8.5, 10.5, 13.0, 16.1 20.0 (14 angles)

等価地球半径によるビーム高度