[Japanese]
修士論文要旨(内藤 大輔)

梅雨期の湿潤環境場に形成される対流雲とその群の構造とメカニズム

内藤 大輔

湿潤環境場における対流雲は降水現象の素要素である。特に対流雲の寿命は対流 雲群の形態や時間発展を規定するため、どのような構造やメカニズムによって長 寿命になるかを調べることは重要である。対流雲が長寿命になるには下降流によ る発散流が重要な役割を果たしているため、これまでの研究では下降流を強化す る下向きの力を生じさせる蒸発冷却が着目されていた。しかし、非常に湿潤な環 境場では対流雲に取り込まれた空気に伴う蒸発は無視できるほど小さい。このよ うな環境場での長時間維持される対流雲の報告はこれまでなく、またそのような 対流雲の構造や維持メカニズムを調べた研究はほとんどない。そこで、本論文で は湿潤環境場における対流雲とその群の構造とメカニズムについて、2003と2004 年の梅雨期に宮古島で行われた観測で取得されたドップラーレーダーデータと雲 解像モデルを用いて調べた。

まず、2年間の観測データを用いることによって先島諸島は非常に湿潤な環境場 であり、梅雨前線が宮古島の北に位置した場合に対流雲が海洋性の特徴を持って いたことが示された。

次に、飽和した層が存在する非常に湿潤な環境場であった2003年6月6日に形成し た降水システムについて詳細な事例解析を行なった。観測された降水システムは 降水セル、セル群、セル群列の3つの階層構造をしていた。セル群列は発達・衰 弱を繰り返しているセル群が、同時に発達した場合に形成されることがわかった。 セル群は、期間の前半は2つの長寿命の降水セルによって形成され、後半は短寿 命の降水セルが次々と入れ替わることによって形成されたことが示された。長寿 命の降水セルは非常に湿潤な環境場であったために発散流はほとんど見られなかっ たにもかかわらず、再発達をすることによって長時間維持されていることがわかっ た。この再発達メカニズムとして、多量の雨滴が雲から脱落した結果生じる上向 きの力の強化(UNLOADING)と、取り込まれた空気がほとんど飽和していること による効率のよい凝結加熱による上昇流の強化の2つの作用が考えられた。

さらに、長寿命の降水セルについてこの再発達メカニズムを数値モデルを用いて 力学的に確かめた。また、環境場の相対湿度に対する感度実験も行い、環境場の 相対湿度を小さくすると凝結加熱の効果が小さくなるために再発達は起こらなく なることを示した。これらの結果より、飽和する層が存在する非常に湿潤な環境 場に形成される対流雲は、上記のメカニズムにより長時間維持されることを明ら かにした。

本研究により、湿潤環境場に形成する対流雲とその群について梅雨期の先島諸島 付近に見られるような特有の長寿命の降水セルが存在することと、その再発達メ カニズムが明らかにされた。
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[English]

Structure and Mechanism of Convective Clouds and Their Clusters
Developed in a Highly Humid Environment during the Baiu Season

Daisuke NAITO

Convective clouds are a basic element of precipitation phenomena in a humid environment. The structure and mechanism of clouds are important problems because they determine the morphology and the time variation of the convective systems. Previous studies focused on the effect of evaporative cooling which accelerates the downdraft, because the low-level outflow from the downdraft plays an important role to maintain convective clouds. In a highly humid environment, however, the evapolative cooling are ineffective. There have been few studies about convective cloud in such a highly humid environment. The present paper studies the structure and mechanisum of convective clouds and their clusters using Doppler radar observation in Miyakojima region during the Baiu season and three dimentional cloud-resolving model. Three important results were obtained in this study.

First, the environment around Miyakojima islands during the Baiu season were humid and a highly humid layer was present. Convective clouds in this region had charcteristics of oceanic convective clouds when the Baiu front was located to the north of Miyakojima islands.

Second, the convective system which formed in the highly humid environment on 6 June 2003 was studied in detail. This convective system had a multiscale structure which was consisted of three elements: convective cells, cell groups and cell-group lines. Some cell groups formed in lines when cell groups developed at the same time. Cell groups consisted of two types of cells: long-lasting type and shrot-lived type. Cell groups consisted of the former type included only two long-lasting convective cells. On the other hand, the latter type were often observed during event. The long-lasting convective cells didn't form low-level outflow but the convective cells maintained long time by re-development. It is considered that the cells re-developed by intensification of upward acceleration which resulted from falling a large amount of precipitation loading and condensation heating by entrainment of almost saturated air.

Third, this paper examined the mechanisum of the re-development using the cloud-resolving model. Moreover, some sensitivity tests to examine the humidity of the environment. If the humidity was more low, the convective cell did not re-develop because the condensation heating was suppressed. Thus, it was revealed that the convective cells had lasted for long time by re-development due to unloading in the highly humid environment.

This paper clarified the existence of long-lasting convective cells in the highly humid environment and their mechanism during the Baiu season.
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