[Japanese]
修士論文要旨(神谷 明住香)
風上水蒸気の鉛直プロファイルが降水特性に及ぼす影響-平成30年7月豪雨事例-
神谷 明住香
豪雨が発生しやすい環境場の条件として，大気が湿潤で可降水量の値が大きいことが挙げられる．平成30年7月豪雨では，2018年7月5日から7日にかけて西日本の広い範囲で記録的な豪雨となった．気象庁の報告によると，東シナ海付近で発生した対流活動の影響により，西日本に流れ込む大気が下層から中層まで深く湿っていたことが豪雨の要因の1つであった．一方で，可降水量が大きいだけではなく水蒸気量の鉛直分布が重要であると指摘する先行研究も存在する．本研究では，平成30年7月豪雨を対象として，風上側の水蒸気量の鉛直分布の変化が降水量と降水分布に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする．そのために，雲解像モデルCReSSを用いて事例の再現実験，及び東シナ海付近の気塊の相対湿度を高度ごとに変化させる感度実験を行い，西日本の降水量と降水の水平分布の変化を調べた．また，後方流跡線解析を用いて，風上側から降水域に移動してくる過程で起こる気塊の水蒸気量の鉛直分布の変化を調べた．
東シナ海付近で発生した対流により西日本に流れ込む大気が中層まで湿ったという報告を考慮して，感度実験では東経130度以西，北緯28度以南の大気の初期値・境界値の相対湿度を，鉛直全層，中層 (高度2-5 km)，下層 (高度0-2 km) でそれぞれ-10%から10%変化させた．また，西日本を始点とした後方流跡線解析により示された経路から東シナ海に至る経路の一つを選び，その経路上での水収支解析を行った．
再現実験で事例の降水を再現できていた7月4日15時 (世界標準時) から7月5日15時の降水分布と降水量について感度実験と再現実験を比較すると，風上側の下層水蒸気を減少させた(増加させた)実験では，再現実験と比べて西日本の降水量が概ね減少していた(増加していた)．一方で，中層水蒸気を変化させた実験では再現実験と似た降水分布を示しており，降水量の顕著な変化は見られなかった．
後方流跡線の経路上の水収支解析を行ったところ，風上側の下層の水蒸気を減少させた実験では，再現実験と比べて経路上の潜熱フラックスが大きいにも関わらず，気塊は再現実験よりも可降水量が少ない状態で西日本に流入していることが示された．一方，中層の水蒸気を減少させた実験では，経路の途中で可降水量が増加し再現実験と同程度の値に変化していた．また，風上側の水蒸気量を増加させた実験では，経路の途中で降水が発生し，可降水量の減少が起きていた．経路上での対流の発生について調べたところ，下層の水蒸気が再現実験と同等かそれより増加させた実験では，風上側で対流が発生しやすい環境場になっていた．また，西日本に到達する前に対流が発生していることが示唆された．風上側の中層水蒸気を減少させた実験で降水量の減少が殆ど見られなかったのは，気塊が移動してくる過程で対流が発生して下層水蒸気が中層に運ばれ，水蒸気量の鉛直分布が再現実験と同等の構造になったためだと考えられる．
これらの結果から，西日本に発生する降水量に対する風上側の下層の水蒸気量の感度が中層の水蒸気量の感度より高いことが明らかになった．また，風上側の水蒸気量が非常に多い場合，風上側で起きる対流が活発になるため，降水の発生位置がより風上側に移動することも示唆された．
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[English]
Asuka KAMIYA
While one of environmental condition related to extreme rainfall is that the atmosphere is deep moist, the previous study pointed out that not only the amount of precipitable water but also the vertical profile of water vapor is important.
From July 5th to 7th, 2018, an extreme rainfall occurred in western Japan. It is called the heavy rain event of July 2018 in Japan. When the event occurred, the moist lower- and middle-layer air due to influence of convective activity over the East China Sea (ECS) was flowing into western Japan. The purpose of this study is to clarify the impacts of the vertical profile of water vapor in the upstream region on the heavy rain event of July 2018 in Japan. So, this study conducted a reproduction experiment of the event and sensitivity experiments that the relative humidity for each altitude of the air over the ECS are changed using Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS) and investigated variations of precipitation and horizontal distribution of precipitation in western Japan. In addition, this study investigated variations of vertical profiles of water vapor of the air mass moving from the upstream region to the precipitation area using back trajectory analysis.
In the sensitivity experiments, the relative humidity of the initial and boundary values over the ECS are changed from -10% to 10% in all vertical layer, middle layer (altitude 2-5 km), lower layer (altitude 0-2 km), respectively. In addition, one of the paths from western Japan to the ECS showed by the back trajectory analysis was selected, and the water balance analysis was performed on the path.
omparing sensitivity experiments with the reproduction experiment on the precipitation on July 5 when the rainfall event is reproduced successfully, the experiment to decrease (increase) the amount of water vapor in lower layer on the upstream region showed that precipitation in the analysis area is decreased (increased). On the other hand, the experiments to change the amount of water vapor in middle layer are showed no significant change in precipitation compared with the reproduction experiment.
As a result of the water balance analysis on the path by back trajectory analysis, the air masses of the experiments to decrease the amount of water vapor in lower layer and total layer are dryer than the reproduction experiment though the latent heat flux on the path was larger. On the other hand, the amount of precipitable water on the path of the experiment to decrease the amount of water vapor in middle layer increased and changed to the same as value of the reproduction experiment. In the experiments to increase the amount of water vapor, precipitation occurred on the path and caused a decrease in precipitable water. In the experiments, the convective activities on the path occurred.
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