[Japanese]
修士論文要旨(金沢 一磨)
現在・将来気候における熱帯低気圧の最大強度を支配する環境場の気候学
金沢 一磨
熱帯低気圧の最大強度に寄与する環境場の現在気候と将来気候における状態を理解することは, 熱帯低気圧の最大強度の将来変化を予測する上で重要である. 環境場の物理量のうち,海面水温や対流圏界面付近の温度は熱帯低気圧が獲得する正味のエネルギーの大きさを決定するから, 熱帯低気圧の到達可能な強度の指標となる. 与えられた海面水温から熱帯低気圧の経験的な最大強度を見積もる研究は古くから行なわれてきた. 一方で, Emanuel (1986) は海面水温や対流圏界面付近の温度などの大気の熱力学的な物理量から, 熱帯低気圧が到達可能な強度の理論的な上限(Maximum Potential Intensity; MPI) を導出した.
しかし, ほとんどの熱帯低気圧の最大強度は従来の経験的・理論的なMPI に到達せず, このことは熱帯低気圧の最大強度を制限する他の因子を考慮しなければならないことを示唆している. 近年の研究により, 熱帯低気圧の移動速度と水平風の鉛直シアーが熱帯低気圧の最大強度を制限する力学的な因子として同定されてきた. そこで, Zeng et al. (2007, 2008) は海面水温と対流圏界面付近の温度という熱力学的な因子に加えて, 上述の2つの力学的な因子を含む経験的な最大強度(Empirical Maximum Intensity; EMI) を開発した. そこで本研究では, EMI とその構成因子の将来変化を推定し, EMI の将来変化に対する構成因子の寄与を見積もることを目的とする.
JRA-25 再解析データを用いた解析から, 力学的因子を考慮することによって, EMI は熱力学的な因子のみを考慮した経験的な MPI よりも観測された熱帯低気圧の各時刻と最盛期の最大強度のよい推定値を与えることが分かった. また, EMI とその4 つの因子の関係について調べると, 海面水温がEMI との相関が最も高く, 水平風の鉛直シアーが海面水温の次にEMI と相関が高かった. 対流圏界面の温度に関しては, EMI と負の相関関係を示したものの, 鉛直シアーほどその相関関係は強くなかった. また, 熱帯低気圧の移動速度はEMI とほとんど相関がみられなかった.
気象研究所大気大循環モデルの出力結果を用いた解析から, EMI は西部北太平洋域において, 近来気候において4~8 m/s, 将来気候において20 m/s 程度現在気候よりも有意に増加することが示された. EMI の構成因子のうち, 海面水温は近未来・将来気候において有意に増加し変化量も大きいことから, EMI の増加に最も寄与していることが分かった. また, 対流圏界面付近の温度は近未来・将来気候において有意に増加し, EMI の増加を制限するように働くが, その寄与はあまりみられなかった. 熱帯低気圧の移動速度の将来変化は小さく, EMIの将来変化に対する寄与はほとんどみられなかった. 水平風の鉛直シアーは近未来・将来気候において1~2 m/s 程度有意に減少している領域が局所的にみられ, そのような領域ではEMI が周囲よりも2~4 m/s 大きく増加していた. そこで, EMI の将来変化に対する力学的因子の寄与を見積もると, 水平風の鉛直シアーの減少が10 ％程度EMI の増加に寄与していることが明らかになった.
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[English]
Climatology of Environmental Control on Tropical Cyclone Maximum Intensity in Present and Future Climates.
Kazuma KANAZAWA
It is important to understand climatology of environmental control on tropical cyclone (TC) maximum intensity in projecting future changes in TC intensity in association with climate changes. Among environmental factors, sea surface temperature (SST) and upper tropospheric temperature determine the amount of heat energy available to the TC from the ocean and, thus, is indicative of the potential TC intensity. This enabled us to obtain an empirical maximum TC intensity for a given SST and upper tropospheric temperature. On the other hand, Emanuel (1986) derived upper bound of TC intensity, namely the maximum potential intensity (MPI) that a TC can achieve given both the underlying SST and the atmospheric thermodynamic environmental conditions.
Most observed TCs, however, do not reach the MPI. This indicates that other limiting factors for TC intensity should be considered. Recent studies have found two environmental dynamical factors, namely, the TC translational speed and vertical wind shear that make negative contribution to TC intensity. A new empirical maximum intensity (EMI) has been developed by Zeng et al. (2007) on statistical analysis in western North Pacifi c (WNP), which includes TC translational speed and vertical wind shear as environmental dynamical parameters in addition to sea surface temperature and upper tropospheric outflow temperature. The objectives of the present study are to estimate future changes in EMI and these four environmental parameters statistically, and to evaluate contribution of these parameters to the future change in EMI.
Statistical analysis using JRA-25 Reanalysis data in WNP shows that in compared with empirical thermodynamic MPI, the EMI becomes closer to TC maximum intensity because of considering the two dynamical factors. Furthermore, SST has the highest correlation with EMI and vertical wind shear has the second highest correlation with EMI. Upper tropospheric temperature shows a weak negative correlation with EMI and TC translational speed is non-correlated with EMI.
The comparison of the present (1979-2003), the near-future (2015-2039) and the future (2075-2099) climates based on the output of the climate model in WNP shows that EMI in the near future climates increases by about 4-8 m/s and that in the future climates by about 20 m/s compared to the present climates. Among four factors, the increase in SST makes a signifi cant contribution to increase EMI in the near-future and future climates. It should be noted that decrease in vertical wind shear in the near-future and future climates makes second highest contribution to increase EMI locally. Furthermore, the change in dynamical control mainly caused by vertical wind shear contributes to increase EMI in the near-future and future climates by about 10 ％.
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