[Japanese]
修士論文要旨(日置 智仁)

雲解像モデルで再現された発達する台風の構造

日置 智仁

台風の特徴的構造として,暖気核や眼の壁雲が挙げられる.本研究では,台風の中心部の 構造に注目し,雲解像モデルCloud Resolving Storm Simulator(CReSS)を用いて,発達期 の台風の再現実験を行なった.その結果に基づき,台風の発達に対する暖気核の寄与,暖気 核を形成する空気の起源,及び中心部の流れとそれにはたらく力を明らかにすることを目的 とする.

シミュレーションの結果,ベストトラックに近い台風の経路と中心気圧低下量が得られ, 暖気核や眼の壁雲といった構造や,下層の吹き込み,眼の壁雲域の上昇流,上層の吹き出し といった,力学的な特徴が再現された.暖気核は高度15km 付近に形成されており,14K 以 上の大きな温位偏差が見られた.900hPa から50hPa までの層厚のうち,この温位偏差の増 加に伴い,200hPa から100hPa までの層厚が顕著に増大していることが示された.50hPa 面 高度はほとんど時間変化していないため,900hPa から50hPa までの層厚が大きくなること で,900hPa 面の高度が低下することがわかる.これは大気下層の気圧の低下を意味してい る.さらに,900hPa 面の高度と地上気圧の変動の傾向はほぼ同じであったため,暖気核が 地上気圧低下に寄与していることが考えられる.この暖気核を形成する空気の起源を調べる ために,空気塊のバックトラジェクトリー解析を行なった.その結果,暖気核は対流圏下層 で吹き込み眼の壁雲域で上昇した空気と,成層圏下層から下降してきた空気で形成されてい ることが分かった.対流圏下層で吹き込んだ空気塊が眼の壁雲域で上昇する際に非断熱加熱 が起きており,温位が大きく増大していた.そのため,眼の壁雲域で暖められた高温位の空 気塊が中心付近へ吹き込むことで暖気核の形成に寄与していると考えられる.

次に,対流圏下層で吹き込み、眼の壁雲域で上昇する空気が,どのようにして上層で外側へ 吹き出すのか,あるいは暖気核へ吹き込むのかを明らかにするために,フォワードトラジェ クトリー解析を行ない,空気塊にかかる力を調べた.フォワードトラジェクトリー解析の結 果から,眼の壁雲域で上昇した空気は外側へ吹き出されるものがほとんどであり,内側の暖 気核へと吹き込むものはわずかであることが分かった.下層で吹き込んだ空気塊にかかる力 は,眼の壁雲域で上昇する直前で遠心力が気圧傾度力よりも大きくなるため,動径速度が内 向きから外向きへと変化する.このことは上層で吹き出す空気と暖気核へと吹き込む空気の 両方とも共通していた.下層の収束場は,個々の空気塊の動径速度の急激な変化によって生 じ,外向きに傾いた上昇流を形成したと考えられる.対流圏上層では,遠心力が気圧傾度力 よりも大きくなることで外側に吹き出すものと,気圧傾度力が遠心力よりも大きくなること で暖気核へ吹き込むものがあることが明らかとなった.
[戻る]



[English]

Structure of a Developing Typhoon Simulated by the Cloud-Resolving Model

Tomohito HIOKI

Warm core and eyewall are characteristic structures of a typhoon. Focusing on a structure of the inner region of a typhoon, we performed a numerical simulation with a very high resolution using a cloud-resolving model, CReSS (the Cloud Resolving Storm Simulator). Purpose of the present study is to clarify contribution of the warm core to typhoon development, origin of airmasses which compose the warm core, and the forces which act on airmasses in the inner region.

The result of the simulation shows that the track and the central pressure drop of the simulated typhoon are similar to those of the observed typhoon. Typical structures and dynamical characteristics such as warm core, the eyewall, lower level inflow, updraft in the eyewall, and upper level outflow are successfully simulated. The warm core is formed at an altitude of 15 km. At this height, potential temperature perturbation was larger than 14 K. The increase of thickness between 200 hPa and 100 hPa resulted form the increase of potential temperature perturbation contributes to the increase of thickness between 900 hPa and 50 hPa. Because the height of 50 hPa is almost constant with time, the height of 900 hPa decreases owing to the increase of the thickness between 900 hPa and 50 hPa. This means the decrease of pressure at the lower atmosphere. Since the variation of height of 900 hPa has the same tendency as that of the surface pressure, we consider that the warm core contributes to the decrease of the surface pressure.

We performed a back trajectory analysis to find the origin of airmasses within the warm core. This revealed that airmasses of the warm core is composed of airmasses which come inward in the lower troposphere and ascend in the eyewall, and airmasses descending form the lower stratsphere. When airmasses which come inward in the lower troposphere ascend in the eyewall, the potential temperature is increased by diabatic heating. The warm core is composed of the airmasses with the high potential temperature.

We also performed a forward trajectory analysis of airmasses with origin in the lower troposphere to find the path of airmass. This revealed that most airmasses flow outward at the upper troposphere, and a small amount of airmasses move into the warm core. Since the centrifugal force on the inner side of the eyewall is larger than the pressure-gradient force in the lower troposphere, the radial velocity changes outward on the inner side. This rapid change of the radial velocity produces the low-level convergence and the resulted outward tilting updraft. This mechanism is common to both airmasses which flow outward in the upper troposphere and airmasses which move into the warm core. We found that the airmasses is accelerated outward by the centrifugal force which is larger than the pressure-gradient force in the upper troposphere. On the other hand, some airmasses are drifted into the warm core by the pressure-gradient force which is larger than the centrifugal force.
[BACK]