[Japanese]
修士論文要旨(中村 綾子)
湿潤場における地形性線状降水システムの構造と形成過程
中村 綾子
梅雨前線の南側に位置する九州西岸では、地形性線状降水システムが観測される。そのうち最も顕著なものに、長崎ライン、甑島ライン、五島ラインがある。それぞれ長崎半島、甑島列島、五島列島という九州西岸にある南西−北東方向に長い標高500 m前後の列島や半島を起点にして、北東方向に伸びる線状降水システムである。それらの長さは最大約200 km、幅は約15 kmである。これまでの研究で、それらの列島や半島で次々と発生した対流雲が風下に流れて線状降水システムを形成することが指摘されてきた。しかしながら、1つの対流雲には寿命があり、それが風に流されたときの移動距離の限界は、だいたい30 km程度である。したがって、このメカニズムだけでは約200 kmにもなる長さをもつ線状降水システムの形成を説明できなかった。したがって、本研究では、湿潤場における地形性線状降水システムの構造と形成過程を調べることによって、その長さがどのようにして決まるのか、その決定要因を明らかにする。
まず、解析例の少ない甑島ラインの事例を2台のX-bandドップラーレーダーデータとメソ領域客観解析データを用いて調べた。2002年7月1日に観測された甑島ラインの長さは約80 kmで、その走向は甑島列島の北側から長島を通るような北東方向に伸びていた。ラインを構成する降水セルに着目すると、最大エコー頂6 kmの降水セルが、甑島列島の地形に地上付近の南風が衝突することによる気塊の強制的な持ち上げによって発生した。高度2.0 km付近の南西風によって流された降水セルは甑島列島北東海上で衰退したが、その最下層の発散流と南から流入した流れが作った収束によって新しい降水セルが発生し、北東方向に移動した。この過程を経て伝播した対流の場が、長島の地形の作る強制上昇で強化されることによって、降水セルが発生し、降水セルは北東方向に移動した。甑島列島上で降水セルが発生し移動するだけでなく、甑島列島北東海上や北東側に位置する地形上で降水セルが発生し移動することによって、甑島ラインが形成したとわかった。
次に、解析例の少ない五島ラインの事例を福岡管区気象台のレーダーとメソ領域客観解析データを用いて調べた。2001年7月19日に観測された長さ80 kmの五島ラインについて、甑島ラインと同様に、ラインを構成する降水セルの発生に着目した。五島列島の地形による気塊の強制的な持ち上げによって発生した降水セルが北東方向へ移動するだけでなく、五島列島の北東海上で発生する降水セルや北東側に位置する地形上で発生する降水セルが移動することによって、五島ラインは形成したとわかった。また、高度2.0 km付近の風向の変化に伴って五島ラインの走向が変化した。走向が変化したためにラインの伸びる方向が変わり、その地形条件のもとで新たに降水セルが発生し移動する現象が見られた。そのとき、長さが約80 kmであったのが約200 kmに伸びた。ラインの走向変化によって、五島ラインを構成する降水セルの発生場所が変わったことがわかった。
以上の事例の形成過程と、過去に研究された他の梅雨前線の南側に位置する九州西岸で見られる地形性線状降水システムの形成過程を比較した結果、九州西岸にある南西−北東方向に長い標高500 m前後の列島や半島で発生した降水セルが移動するだけでなく、その風下側の海上や地形上で降水セルが発生し移動することによって、地形性線状降水システムが形成し得るとわかった。このような降水セルが発生し移動する過程は地形性線状降水システム形成の素過程と考えられ、これらが時間的に連続することによって、地形性線状降水システムの形成を説明できる。また、高度1.0 km以下の湿潤場、地上付近の南風、高度2.0 km付近の南西風といった環境場が、この降水セルが発生し移動する過程に寄与していることがわかった。梅雨前線の南側の領域では、このような場を長時間維持できるため、地形性線状降水システムの形成に有用であると考えられる。また、降水セルの寿命を決めると考えられる相対湿度のプロファイルと、降水セルの移動速度とラインの伸びる方向を決める高度2.0 km付近の風が地形性線状降水システムの長さの決定に寄与するとわかった。次に、解析例の少ない五島ラインの事例を福岡管区気象台のレーダーとメソ領域客観解析データを用いて調べた。2001年7月19日に観測された長さ80 kmの五島ラインについて、甑島ラインと同様に、ラインを構成する降水セルの発生に着目した。五島列島の地形による気塊の強制的な持ち上げによって発生した降水セルが北東方向へ移動するだけでなく、五島列島の北東海上で発生する降水セルや北東側に位置する地形上で発生する降水セルが移動することによって、五島ラインは形成したとわかった。また、高度2.0 km付近の風向の変化に伴って五島ラインの走向が変化した。走向が変化したためにラインの伸びる方向が変わり、その地形条件のもとで新たに降水セルが発生し移動する現象が見られた。そのとき、長さが約80 kmであったのが約200 kmに伸びた。ラインの走向変化によって、五島ラインを構成する降水セルの発生場所が変わったことがわかった。
線状降水システムのうち、湿潤場において地形がトリガーとなって形成する環境風の風向に平行な走向を持つ線状降水システムについて、その構造と形成過程を明らかにできた。
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[English]
Structures and Formation Processes of
Orographic Line-Shaped Rainfall Systems in the Moist Environment
Ayako NAKAMURA
In the moist environment on the southern side of the Baiu front,
orographic line-shaped rainfall systems often appear in the west of the
Kyushu Island. The three line-shaped rainfall systems are remarkable;
they are called Nagasaki line, Koshikijima line and Goto line. They have
the maximum length of about 200 km. These lines extend northeastward
from the Nagasaki Peninsula, the Koshikijima Islands and the Goto
Islands, respectively. These islands have northeast elongated-shape and
less than 500 m in height. Previous studies on formation mechanisms of
these lines have described that convective clouds induced by these
islands move leeward. However, this mechanism cannot explain all of the
formation of line-shaped rainfall systems with about 200 km length,
because a convective cloud has a lifetime, so it cannot move more than
about 30 km. The aim of this study is to clarify contribution factors
determining the length of orographic line-shaped rainfall systems in the
moist environment. Therefore, structures and formation processes of
orographic line-shaped rainfall systems were investigated in this paper.
First, the case of 01 July 2002 Koshikijima line was analyzed using the
data of two X-band Doppler radars and Japan Meteorological Agency Meso
regional objective ANALysis (MANAL). The line had about 80 km in
length. It aligned northeastward from the Koshikijima Islands to the
Nagashima Island, which located northeastward from the Koshikijima
Islands. The line consisted of many convective cells with about 6 km in
echo top. They generated by upslope forcing due to mountains on
Koshikijima Islands and moved northeastward. After they moved
northeastward parallel to the winds around 2.0 km height, they
dissipated over the northeastern sea of the Koshikijima Islands. Such
dissipating cells and southern inflow around the surface produced meso
$\gamma$-scale convergence, where new convective cells generated. The
new ones also moved northeastward parallel to the winds around 2.0 km
height. Afterward, convective cells generated around the Nagashima
Islands and moved northeastward. The cause of generation of cellular
echoes is considered an intensification of advecting convective updraft
by local updraft made by the Nagashima Island. The generation of
convective cells occurred not only on the Koshikijima Islands but also
over the northeastern sea and islands. Successive combination of these
three processes on generation and movement of convective cells leads to
increase in the number of them on a line, so the Koshikijima line formed
with about 80 km in length.
Second, the case of 19 June 2001 Goto line was analyzed using the data
of Japan Meteorological Agency Fukuoka operational radar and Japan
Meteorological Agency MANAL. The line had about 80 km in length. It
aligned northeastward from the Goto Islands to an island and some
peninsulas. The line also consisted of many convective cells with about
6 km in echo top. The generation of convective cells occurred not only
on the Goto Islands but also over northeastern sea, islands and
peninsulas. Similar to the Koshikijima line, successive combination of
these processes on generation and movement of convective cells leads to
increase in the number of them on a line, so the Goto line formed with
about 80 km in length. Furthermore, the direction of the Goto line
changed with change of winds at 2.0 km height. After that, it aligned
northeastward from the Goto Islands to some mountains and had about 200
km in length. Change of line's direction resulted in provision of
additional processes on generation and movement of convective cells due
to some mountains. It is found that change of line's direction provide
another combination of processes on generation and movement of
convective cells.
With the inclusion of formation processes on the other orographic
line-shaped rainfall systems, it can be said that the successive
combination of some processes on generation and movement of convective
cells leads to increase in the number of cells on a line, and can form
orographic line-shaped rainfall systems in the west of the Kyushu Island
on the southern side of the Baiu front. Such processes on generation and
movement of convective cells are elementary steps on formation processes
of these lines. It can be considered that some environmental factors
contribute to a provision of processes on generation and movement of
convective cells; moist atmosphere less than 1.0 km height, southerly
winds near the surface and southwesterly winds around 2.0 km height. On
southern side of the Baiu front, it would be reasonable to say that such
environmental factors can be provided successively for the successive
combination of processes on generation and movement of convective cells.
It is found that some of the contribution factors determining the length
of orographic line-shaped rainfall systems in the moist environment are
profile of relative humidity and winds around 2.0 km height, which may
determine lifetime of convective cells, moving speed of convective cells
and line's direction.
This paper clarified structures and formation processes of orographic
line-shaped rainfall systems in the moist environment, which is one of
line-shaped rainfall systems whose direction is parallel to
environmental winds.
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