修士論文要旨(田井 わか)


田井 わか

 冬季の寒気吹き出し時, 日本海上に水平スケール数10 km のメソβスケールの渦状擾乱(メソβ渦) が発生することがある. メソβ渦は日本海沿岸地域に近づくと気象レーダによって観測され, スパイラル状やコンマ状のレーダーエコーがみられる. 上陸後は地上気象観測によってメソ 渦には突風が伴うことが示されてきた. しかし, メソ 渦に伴う突風は水平スケールが小さく寿命が短いため観測が難しい. またメソβ渦は海上で発生発達をするため, これまでメソβ渦に注目した研究は少ない. そこで本研究では, 2011 年1 月29 日の事例を雲解像モデルCReSS を用いて日本海を含む領域で再現実験を行い, メソβ渦の生成から消滅までの構造を解明することを目的として研究を行った.

対象のメソβ渦は典型的な冬季の寒気吹きだし時に形成された. 気象衛星可視画像と同時刻モデル結果の鉛直積算凝結物混合比分布を比較し, 雲の分布や渦のスケール, 位置などがよく再現されていることが示された. メソβ渦の構造として, 水平スケールは約100 km, 上層の弱風域の存在から渦の厚さは約2000 mであることを述べた. 渦領域で平均した運動エネルギーの時間高度断面図により2011 年1 月29 日21 JST に下層の運動エネルギーが極大を示したので, この時刻がメソβ渦がもっとも発達した時刻であるとわかった. モデル第1, 4 層の水平断面図からメソβ渦の南部に強風域が形成され, 徐々に風速を強めながら渦の北西部へひろがる様子がみられた. この強風域がどのように形成されたのか, またどのような力を受けながら強風域が形成されたのかを調べるためにバックトラジェクトリ解析を行った. その結果, 強風域に入り込む空気塊は渦の北部の上層から降りてきたことがわかった. しかし上層での風速は小さく, メソβ渦に近づくにつれて大きくなっていった. 次にバックトラジェクトリの結果から気圧傾度力項の時間変化を計算した. その結果, メソβ渦付近で急速に風速が強化されたパーセルにおいては, 気圧傾度力も同様にが大きくなっていった. このことから低気圧の周辺の気圧傾度力で空気塊の加速が起こり, 強風域が形成されたと結論づけた.



Structure of Meso-β-scale Vortex Formed along the Japan-Sea Polar-airmass Convergence Zone.

Waka Tai

When cold polar air breaks out over the Sea of Japan, meso-β-scale vortical disturbances(meso-β vortex), with horizontal scale of several 10 km, are frequently observed by satellite images. When meso-β vortices approach to the coast of the Sea of Japan, they are observed by a weather radar. The meso-β vortices are accompanied with the spiral and comma shaped radar echoes. After their landing, the meso-β vortices bring a strong gust wind. However, an observation of the gust accompany with meso-β vortices is difficult before their landing because the vortices form and develop over the sea, their horizontal scale is small, and their lifetime is short. Therefore, observation of meso-β vortices is difficult. Consequently, the meso-β vortices haven’t been studies sufficiently. The purpose of the present study is to clarify the gust wind structure of the meso-β vortices using a cloud resolving model CReSS(Cloud Resolving Storm Simulator). We performed simulation experiment of meso-β vortices observed on January 29, 2011 in a large domain including the Sea of Japan.

The synoptic chart showed that the environmental field of the present study is a typical type of cold polar air outbreak in winter.

The model simulated well the distribution of cloud, and position and scale of vortices which are found in a satellite image. As structure of meso-β vortex, those diameter is about 100 km, and the thickness of the meso-β vortex is about 2000 m from the presence of weak wind region of the upper layer revealed. Time-height section of the kinetic energy averaged region of meso-β vortex shown that the most developed stage occurred at 12 JST 29 January 2011 because the kinetic energy have maximum in the lower layer. The horizontal view of the model layer number 1, 4 showed that the strong wind region formed on the southern part of the meso-β vortex, and extended northwestward with increasing wind velocity. The origin and the formation process of the strong wind region were examined by back trajectory analysis. The result indicated that the air parcel of the strong wind region moved from the north of the vortex and from the upper layer. However, wind velocity is weak above the upper mixed layer, and the velicity increased with approaching meso-β vortex. The time change of the pressure gradient force acting on the air-parcel was calculated in the back trajectory analysis. The pressure gradient force is strong near the meso-β vortex which increase the wind velocity around the meso-β vortex. Thus, a genesis of the strong wind region is considered to be caused by the pressure gradient force around the meso-β vortices.