[Japanese]
修士論文要旨(明地 隼佑)

西部熱帯太平洋域において
2004年12月から2005年1月にドップラーレーダーで観測された
対流セルの特徴

明地 隼佑

本研究の目的は西部熱帯太平洋域において発生する水平スケールが2〜100 km の降水システムの対流域の構造を調べることである。2004 年12 月〜2005 年1 月に西部熱帯太平洋上のパラオ共和国でドップラーレーダー等の特別観測が行 われた。そのレーダーによる、半径150 kmの観測領域内の3 次元反射強度デー タから、対流域の個数、面積、エコー頂の特徴を客観的に解析した。観測期間 中の環境場の解析には3 時間ごとのゾンデデータを用いた。

解析対象期間(2004 年12月 15日〜 2005 年1 月15 日)において、降水シス テムを高度1 kmにおけるレーダー反射強度の水平分布から10 dBZの閾値で検出 し、水平スケール100 km以上の降水システム(MCS; Mesoscale Convective System)と、水平スケールが100 km以下の降水システム(sub-MCS)に判別し た。観測領域内にMCSが1 つ以上見られた期間をMCS period、観測領域内にMCS が6 時間以上見られなかった期間をsub-MCS periodと定義し、それぞれの期間 における対流域の特徴を調べた。対流域は高度1 kmにおける反射強度の水平分 布から30 dBZの閾値で検出した。対流域は1 つ以上の対流セルを含む領域であ る。解析対象期間中、観測領域内に3 時間以上継続して降水システムが見られ なかった期間はなかった。

解析の結果、19 のsub-MCS periodが存在し、sub-MCS periodの合計時間は解 析期間全体の約60 \%を占めていた。MCS periodは、クラウドクラスターが観 測領域付近を通過した2、3 ケースを除いて、半日以内に終了するものがほと んどであった。MCS period、sub-MCS periodそれぞれの期間で平均した対流域 のエコー頂は、sub-MCS period(5.4 km)の方がMCS period(7.4 km)に比べ て2 km低かった。

解析期間中、最も長時間継続したsub-MCS periodについて対流域の個数、面積、 エコー頂の時間変化を調べた。この期間に発生した対流域の面積はほとんどが 25 km$^2$ 以下であり、この期間の対流域はほぼ単一の対流セルで構成されて いた。最も長時間継続したsub-MCS periodの平均エコー頂(4.5 km)は、19 のsub-MCS periodについて平均したエコー頂(5.4 km)と比べて0.9 km低かっ た。対流域の個数、総面積は午後(現地時刻15 時周辺)にピークを持つ変化 をしており、その時刻から6 時間以内に対流域の平均エコー頂と平均面積のピー クが見られた。エコー頂が最大到達高度に達する時刻は平均面積のピークが現 れる時刻周辺に見られる傾向があった。対流域の個数が最大になった時刻にエ コー頂5 km以下の、複数の孤立した対流域がライン状に並んでいる様子が見ら れた。その内の一つの対流域のエコー頂は、19 のsub-MCS periodの平均エコー 頂5.4 kmを越え、高度7 kmに達していた。

最も長時間継続したsub-MCS periodには対流域の個数、面積、エコー頂が極端 に減少した期間があった。その期間には対流圏界面から高度1 kmから2 kmまで 乾燥空気が存在しており、高度1〜2 kmと、4〜5 kmに強い温度逆転層が見られ た。最も長時間継続したsub-MCS period についてラジオゾンデから求めた鉛 直温度傾度を見ると、対流域のエコー頂は温度逆転層による安定層によって対 流圏下層3 km付近に抑えられていた。対流域の個数が少ない状態が約9 時間継 続した後、エコー頂が温度逆転層を越える5.5 kmに達し、その面積が20 km$^2$の単一の対流セルで構成された対流域が見られた。その後、再び観測領 域内の対流域の個数、面積、エコー頂の増加が見られた。

今回の解析では、西部熱帯太平洋域に発生するsub-MCSの対流域の個数、面積、 エコー頂の時間変化から、高度2 kmより上層が長時間、継続して安定した環境 場における対流セルの特徴が定量的に示された。
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[English]

Characteristics of Convective Cells
Ovserved by Doppler Radar from December 2004 to January 2005
in the Western Pacific Warm Pool Region

Junsuke Akechi

The aim of this study is to examine the structure of convective cells in the rainfall systems with horizontal scale from 2 to 100 km in the western Pacific warm pool region.

Doppler radar observation (observation range is 150 km in radius) data was obtained in the Republic of Palau, in the western Pacific warm pool region, from December 2004 to January 2005. With the radar reflectivity data, the characteristics of number, area, and echo top of the convective area were analyzed objectively.

Analyses on the characteristics of the convective area were made for the period from December 15, 2004 to January 15, 2005. A rainfall system was detected by a threshold of 10 dBZ radar reflectivity on the horizontal plane at the altitude of 1km. A rainfall system was categorized as MCS (Mesoscale Convective System) with horizontal scale longer than 100 km or sub-MCS with that of less than 100 km. Analysis period was divided into MCS periods and sub-MCS periods. MCS period was defined as the period that MCSs existed in the observation range, and sub-MCS period was defined as the period without MCS for more than 6 hours in the observation range. Characteristics of convective areas in MCS period and sub-MCS period were examined. A convective area was detected by a threshold of 30 dBZ radar reflectivity on the horizontal plane at the altitude of 1 km. The convective area was a area including one or more convective cells. During the analysis period, no period without The rainfall systems for more than 3 hour was recognized.

As a result of analysis, there were 19 sub-MCS periods. The total time of them occupied about 60 \% of the whole analysis period. Except two or three cases when cloud clusters passed over observation range, most of the MCS periods lasted less than a half day. The analyzed echo top (5.4 km) of sub-MCS periods was 2 km lower than that of MCS periods (7.4 km).

For the sub-MCS period with the longest duration, number, area, and echo top of the convective area were analyzed. Most of the convective areas in the period were less than 25 km$^2$ and they were composed of single convective cell. Averaged echo top during the period (4.5 km) were 0.9 km lower than that of 19 sub-MCS periods (5.4 km). The number and total area of the convective area had a peak in the afternoon (around 15 LST), and the average echo top and average area of the convective area for each radar volume scan had a peak within 6 hours after that. The highest echo top of the convective area tended to appear around the time of the peak of the average area of the convective area. When the number of the convective area became largest, the isolated convective areas included in the same sub-MCS lined up on a line. Their echo tops of most of the isolated convective area were below the altitude of 5 km. However, one of adjacent convective areas on the line exceeded the average echo top (5.4 km) of 19 sub-MCS periods and reached around 7 km.

A period of extremely small number, area, and echo top of convective area was included in the longest sub-MCS period. During the period, dry air was from the tropopause to the altitude of 1 km〜2 km. Strong inversions were at 1〜2 km and 4〜5 km. Most of echo tops were at 3 km in height near the stable layer. After the duration of small number of the convective area for about 9 hours, the convective area composed of only one convective cell with the area of 20 km$^2$ had an echo top penetrating the inversions of 5.5 km in height. Afterward, the increase of the number, area, and echo top of the convective area were recognized again.

In this study, the charactersistcs of convective cells in the long lasting stable condition above 2 km were revealed quantitatively from the analysis of a variation of number, area, and echo top of the convective area on the western Pacific warm pool region.
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