第21回名古屋大学防災アカデミー
台風と竜巻の話
―地上におけるもっとも激しい気象を如何にコンピューターで再現するか―
坪木和久（名古屋大学地球水循環研究センター）
日時：2006年7月4日
場所：名古屋大学環境総合館１階レクチャーホール
1. はじめに
雲は地表面から大気に入った水蒸気を再び雨や雪として地表面に戻す役割をしている。雲は水を再配分し、時空間的に集中化する。また雲はさまざまな気象をもたらし、地球の大気と水の循環の駆動源となっている。雲のもたらす水循環により大気中の水蒸気はそのほとんどが地表から数キロメートルの高さ以下に存在している。雲はその大気下層に広がる水蒸気をかき集めて降水として局地的に集中させているのである。
雲の中でも特に積乱雲は、大気と水の循環において主要な駆動源であり、様々な気象に関係している。大きくみると地球大気はまるでトランプの束を水平にずらすように、ほとんど水平に運動している。そのなかで積乱雲は鉛直方向に激しい運動をする顕著な大気現象である。この激しい鉛直運動は大気下層の水蒸気を効率よく大気上層に運び、その運動に伴う加熱は大気の運動を駆動している。
雲は非常に多様であり、連続体としての大気及び水蒸気と、雲・降水粒子との複雑な相互作用でさまざまに生成・消滅そして変化する。この複雑で多様な雲について、もしすべての場所ですべての物理量がわかれば、その実態とメカニズム、そして役割についての非常に多くの知見が得られるであろう。そのことを目指して雲を可能な限り細かく解像し、可能な限り詳細に記述できる数値気象モデルの開発を進めてきた。雲の形成や発達は、大気の力学過程とその中で起こる雲物理学過程との複雑な非線形相互作用によって決まる。このため雲・降水の研究及びその応用としての局地気象予測には雲の数値モデルが不可欠である。しかしながら細かい計算格子と雲や降水についての多くの従属変数を必要とする雲のモデリングは、非常に大規模なものになる。近年、大規模コンピューターの進歩にはめざましいものがある。この計算機能力を使って、雲の大規模数値計算を実行することを目指したものが、ここに紹介する雲モデル Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS)である。CReSSは雲スケールから中規模現象のシミュレーションを行うことを目的としており、大規模並列計算機で効率よく実行できように設計されている。
ここでは雲の数値モデルを用いて計算機で雲や降水、特に積乱雲に伴う激しい現象がどのように再現されるのかということをいくつかの例をあげて説明する。ここで取り上げる実験は、竜巻と台風について行ったものをまとめた。これらはどれも積乱雲に関係している現象で、大気中で起こる激しい現象である。雲を解像する領域モデリングは気象のシミュレーションの一つであるが、ここでは特に積乱雲に関わる現象のシミュレーションが雲解像モデルを用いてどのくらい現実的なものを表現できるかについて述べる。
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共同研究に関連するドキュメント