[Japanese]
修士論文要旨(久保 圭之)
大気海洋結合領域モデルを用いた台風の発達に影響を及ぼす環境因子の評価
久保 圭之
台風の発達過程に影響を及ぼす大気と海洋の環境場の要因を、本研究では数値実験を用いて明らかにする。本研究で用いる数値モデルは、雲解像モデルCloud Resolving Storm Simulator (CReSS) と非静力学海洋モデルNon-Hydrostatic Ocean model for Earth Simulator (NHOES) を結合させた、大気海洋結合領域モデルCReSS-NHOES である。本研究では、台風内の対流雲を再現するために、CReSS-NHOES の水平解像度をおよそ2 kmとする。
数値実験により再現された台風の妥当性を検証するために、Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific (ITOP) により行われた、ドロップゾンデ(DS) 観測の結果を用いる。ITOP では、2010 年に発生した3 つの台風でDS 観測が行われた。ITOP による観測が行われた台風のうち、本研究では台風T1013 (Megi) を研究対象とする。また、数値実験により再現される台風に伴う海洋上層の水温変化を検証するために、アルゴフロートの観測結果を用いる。
数値実験により再現された台風の最低中心気圧は889 hPa、ベストトラックの最低中心気圧は885 hPa である。また、最低中心気圧となった時刻は、ベストトラックに比べ数値実験が12 時間遅い。再現された経路は、ベストトラックの経路に比べ北に2 度ずれている時刻もあったが、経路の傾向は概ね一致している。数値実験では、現実の台風の気圧と経路をよく再現できている。
数値実験により再現された台風の中心付近の温度場、水蒸気場、風速場をDS 観測値と比較をする。台風の最発達期に行われたDS 観測と数値実験の比較から、DS 観測結果で見られる、眼の中での弱風域や温位の高い気塊、壁雲付近の水蒸気混合比の高い領域や強風域の存在など、台風に特有な特徴が数値実験でも再現がされていることが見て取れる。壁雲の外側では、DS 観測値の温位、水蒸気混合比の平均値と数値実験のその平均値には有意な差が見られない。一方で、眼や壁雲域における温位は、DS 観測の平均値よりも数値実験の平均値が3 K ほど高い。壁雲域の水平風速は、DS 観測の平均値より数値実験が25 m/s 小さく、壁雲外域の水平風速は数値実験が15 m/s 大きいなど、観測値と数値実験の結果に差が見受けられる。台風の眼を通る鉛直断面で温位の比較を行ったところ、DS 観測で見られる中心付近の温位の勾配と数値実験で見られるその勾配に差が見受けらる。温位は温度と気圧の関数であることから、現実の台風と再現された台風では、中心付近の気圧構造が異なっている事が示唆される。この気圧の構造の差は、数値実験で再現された台風の眼の構造が、観測された台風の眼の構造と異なっていることに起因すると考えられる。また、眼の気圧構造が現実の台風と再現された台風で異なることにより、数値実験の温位と水平風速がDS 観測値との間に差が生じたと考えられる。
数値実験により再現される、台風に伴う海洋上層の鉛直混合の再現性を確認するために、台風の経路の近傍にあったアルゴフロートの観測データを用いて比較を行う。台風通過前と通過後に海面へ浮上したアルゴフロートの水温と塩分濃度の観測データを数値実験の結果と比較したところ、観測データに見られる台風通過に伴う海面水温の低下や混合層の深化を、数値実験でも再現できていることが見て取れる。
台風の発達や衰退に影響を及ぼす環境場の要因の要素を、本研究では環境因子と呼ぶ。環境因子には、水平風速の鉛直シア(Vertical Wind Shear: VWS)、海面水温(Sea Surface Temperature: SST)、海洋貯熱量(Ocean Heat Content: OHC)、台風移動速度などがある。個々の環境因子と台風の発達の関係を調べた研究は多いが、2 つの環境因子を台風の発達と関連付けた研究は少ない。本研究では、VWS とOHC を台風の発達率と関連付け、環境因子が台風の発達に及ぼす影響を評価する。VWS とOHC を台風の発達率と関連付けた結果、先行研究で示されている環境因子と台風の発達の関係を概ね再現することができた。これは、本研究で用いた高水平解像度の大気海洋結合モデルにより、台風が周辺の環境場に与える影響や、大気海洋相互作用が考慮されたため、2 つの環境因子と台風の発達の関係が示せたと推察される。また、本研究の結果、VWS とOHC により、台風の発達過程を概ね示すことが見て取れる。
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[English]
Evaluation of environmental modulators in uencing the development of a tropical cyclone using a regional
atmosphere-ocean coupled model.
Keishi Kubo
The goal of this study is to clarify environmental modulators which influence the development of a tropical cyclone (TC). We performed a numerical simulation with a high resolution (approximately 2 km) using a regional atmosphere-ocean coupled model, Cloud Resolving Storm Simulator - Non-Hydrostatic Ocean model for Earth Simulator (CReSS-NHOES).
To verify the validity of TCs simulated by CReSS-NHOES, we use the data from dropsonde observation (DS), which was observed by the Impacts of Typhoons on the Ocean in the Pacific (ITOP). ITOP was a multi-national field campaign that aimed to explore the typhoon-ocean interactions in detail, and performed many special atmospheric and ocean observations on three TCs. We examine T1013 (Megi) which was the most intense TC in 2010. We also use the Argo float data to verify the validity of simulated oceanic features such as sea surface temperature (SST) cooling caused by TC.
The minimum central pressure of simulation result is 889 hPa which is similar to the Japan Meteorological Agency (JMA) best track data, 885 hPa. The time of minimum
central pressure of simulation is more than 12 hours later from that of the best track data. The storm track of the simulated TC mostly corresponds to that of the JMA best track data.
We compare the simulated TC data to DS data such as potential temperature (PT), water vapor mixing ratio (QV) and horizontal wind speed (WSD). The result of comparison shows that simulated features, such as the strong wind in eye-wall region and high potential temperature in eye, correspond to DS data. In a quantitative way, we find a few defferences in PT and WSD between DS data and simulation. It is inferred that these defferece are attributed to the pressure gradient discrepancy between simulation and observed TC.
To verify the oceanic features on simulation, we use two Argo float data, one of them is before passage of T1013, the other is after passage of T1013. As a result of comparison with the Argo float data and simulation, it is found that the oceanic features, such as SST cooling and vertical mixing in upper ocean, simulated by CReSS-NHOES is consistent with the observation data.
The environmental modulators such as vertical wind shear (VWS), SST, ocean heat content (OHC) and TC translation speed influence the intensity change of TCs. In previous research, they associate the intensity change of TCs with each environmental modulator. In this study, we will show the intensity change of TCs in terms of a two-dimensional phase diagram. Using the two-dimensional phase diagram, we can reproduce the relationship between these modulators and the intensification of T1013. The result shows that the impact of the dynamical process around the center of TCs, and interaction between TCs and ocean should be needed to evaluate the intensity change of TCs.
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