[Japanese]
修士論文要旨(野村 光春)
雲解像モデルを用いた
台風のスパイラルバンドの構造と降水過程に関する研究
野村 光春
台風の中心を取り巻いてらせん状に延びる帯状降雨域であるスパイラルバンドは、アイウォールと並びよく発達した台風の特徴的なメソ−β−スケールの構造のひとつである。台風は強風だけでなく、非常に多くの降水をもたらす。特に、スパイラルバンド下では非常に強い降水が集中してもたらされる。本研究では、このスパイラルバンドに注目し、スパイラルバンドの詳細な三次元構造やバンド下に強い降水をもたらす降水過程を明らかにするために、雲解像モデル Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS) を用い、水平格子間隔2kmという高解像度で数値シミュレーションを行い、解析を行った。
これまで行うことが困難だった、水平格子間隔2kmという高解像度で台風全体を表現した三次元シミュレーションを行うことにより、メソ−β−スケールの構造であるスパイラルバンド内の三次元構造を詳細に表現することができた。雲粒子は主にスパイラルバンドの軸より内側の部分に多く分布しており、下層からスパイラルバンドに沿って上層へ輸送されていた。また、降水粒子はスパイラルバンドの軸よりやや外側に多く存在していた。スパイラルバンド内の降水が強い部分の上層には霰が非常に多く存在しており、霰の量が少ない場所の降水は強くないことがわかった。このことより、スパイラルバンド下の強い降水は、融解層より上部で生成された霰が落下することによりもたらされていることが分かった。これに対し、バンドとバンドの間の部分には、雪が多く存在しており霰はスパイラルバンド内ほど多く存在していない。このような降水粒子の分布になることやスパイラルバンド下に強い降水をもたらす要因を明らかにするため、雲微物理過程に注目した。スパイラルバンド内では、多くの雪が雲粒子と衝突することにより霰へ成長しているのに対し、バンドとバンドの間では雪から霰への成長がほとんど起きていない。従って、スパイラルバンド内より、バンドとバンドの間の方が多くの雪が存在する。降水が強い場所での上層では、多くの雪が霰へ成長しており、生成された霰に雲水がライミングすることにより霰が成長し、降水の強化に効いていることがわかった。
次に、中心に近い場所に位置するスパイラルバンドが数十kmほどの間隔をおいて複数本近接することがあり、中心より外側に位置するスパイラルバンドの降水が強化されることがある。この現象に注目しバックトラジェクトリー解析を行うことにより、外側のバンドが強化される要因を調べた。強い降水がある部分へスパイラルバンドに沿って下層からは水蒸気や雲粒子が供給されていた。また、融解層より上部では降水が強化されたバンドより内側のバンドより雪が輸送されていることがわかった。このように下層から輸送されてきたり、生成された雲粒子と内側のバンドやバンドとバンドの間で生成された雪とが衝突することにより霰に成長し、霰が落下しながらライミングすることにより外側のスパイラルバンド下の降水が強化された。台風のスパイラルバンドが近接するとき、外側にあるスパイラルバンドの降水が強化されるメカニズムが明らかになった。
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[English]
Numerical Study on Structures and Precipitation
Processes of
Typhoon Spiral Bands Using Cloud Resolving Model
Mitsuharu NOMURA
Spiral bands are one of the characteristic meso-beta-scale structures of
a typhoon in mature stage. A typhoon brings not only the strong wind but
also intense rainfall.Especially, large amounts of rainfall are
concentrated within spiral bands. In this study, we focused on spiral
bands within the typhoon. In order to clarify detailed three-dimensional
structures of spiral bands and rainfall processes within spiral bands,
the Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS) were used to perform a
numerical experiment with very high resolution. Huge memories and high
spreed CPU are necessary for the numerical experiment of
three-dimensional typhoon with resolving individual clouds is very
large. Therefore, we performed the typhoon simulation using Earth
Simulator.
Large amounts of cloud particles are mainly present in the central part
of the spiral band. They are transported along the axis of the spiral
band from lower level to upper level by wind. Large amounts of
precipitation particles are located in the outermost part of the spiral
band.There are large amounts of graupel above strong rainfall areas in a
spiral band. These suggests that strong rainfall in the spiral band is
caused by generating large amounts of graupel above the melting
layer. Snow exists mostly in the area between two bands, while a small
amount of graupel exist there.
The strong rainfall process within the spiral band is clarified by
investigating cloud microphysics. In the spiral band, large amounts of
snow collect cloud particles and grow to graupel. Little snow grow to
graupel between two bands, because there is small amount of cloud
particle there. Therefore, there are more snow between bands than in a
spiral band. Large amounts of snow grow to graupel within a spiral band,
and graupel grow more large by riming. Therefore, it was found that
riming is the most effective process for strengthening of rainfall
within a spiral band. When some spiral bands near typhoon center are
located within a distance of a few tens kilometers, it is often observed
that rainfall of the outer band becomes intense. Large amounts of cloud
particles are transported along the spiral band from lower level to
upper level strong rainfall. Over the melting layer, snow is transported
from the inner band to the outer band by outflow. Snow grew to graupel
by collision with cloud water within the outer band, and graupel grew by
riming further.
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