[Japanese]
修士論文要旨(山城 来奈)

2018年台風Tramiの眼内部で観測されたメソ構造

山城 来奈


台風は全体スケールが1000kmを超える大規模な擾乱であるが、その中に形成されるメソシステムは数10㎞スケールの現象である。台風内で形成されるメソ構造は、強風や豪雨を伴っており、防災上最も注意しなければならない。2018年台風Tramiは、9月29日から30日にかけて沖縄本島と久米島の間を通過したとき、沖縄本島にある複数のレーダーにより台風の内部コア領域が観測された。本研究は、台風Tramiの眼の壁雲内側領域で発生するメソ構造の実態と構造を明らかにすることを目的とし、気象衛星、地上気象観測、偏波レーダー、フェーズドアレイ気象レーダーを用いて、台風の内部コア領域について解析を行った。

解析を行った久米島、那覇、恩納、名護の4地点の地上風の変化をみると、台風の眼の中で風速が弱く、台風の壁雲内で風速が強いという共通の特徴がみられた。一方で、台風の眼の通過時や壁雲の内縁が通過する際に、相当温位の顕著な低下と、強風が観測された。相当温位の減少は約40分続き、風速の増大を伴っていた。また、水蒸気混合比も減少していたことから、乾燥空気が通過する際に強風域を伴って通過していたことが示された。

沖縄偏波降雨レーダー(COBRA)とフェーズドアレイ気象レーダー(PAWR)の降水分布によると、壁雲は3つの節を持つ多角形構造をもち、節と節の間の辺が通過するときに強風が吹いており、辺の部分の弱いエコーが徐々に台風の中心へ入り込んでいく様子が見られた。また、COBRAレーダーで観測された高度1.0kmの反射強度のCAPPIでは、台風中心付近に存在するメソ渦が確認でき、メソ渦が恩納観測点を通過後に相当温位が低下し始めていたことが分かった。しかし、恩納で強風が発生した時間にメソ渦が50km以上離れていたことから、メソ渦と強風の直接的な関連性は見られなかった。

壁雲内側領域の鉛直運動を調べるために、CVAD法という解析方法を開発し、それを用いて風速場の解析を行った。このCVAD法は、PAWRレーダーによって取得された円柱状のドップラー速度のデータを使用し、レーダー上空における水平風の鉛直分布の算出する方法である。この解析により、恩納で相当温位が低下している期間に下降流が卓越していたことが分かった。また、半径20kmの結果は、強い水平風と上昇流を示したことから、恩納は台風の二次循環の上昇流のすぐそばに位置しており、恩納に近い壁雲には強風域が存在し、一次循環の強い接線風が存在していたと考えられる。これは、地上に空気塊が運ばれる際に強風を伴っていたことを示し、逆転層より上層の一次循環の運動量を持った低相当温位の空気塊が地上へ運動量輸送が起こったことで強風が発生し、地上の相当温位が低下したことを示唆する。

本研究では、台風Tramiの眼の内側領域の極下層で発生する強風をもたらすメソ構造を解析した。この強風は、多角形眼の辺が近づく際に発生し、台風の二次循環に伴う強い上昇流の補償下降流によって、逆転層より上層の一次循環の運動量を持った空気塊が地上へ運ばれたことにより発生したと考えられる。
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[English]

Meso–scale structure in the eye of Typhoon Trami(2018)

Lana YAMASHIRO




Typhoons are a disturbance with an overall scale of 1000 km while meso-scale systems that form within them are a phenomenon with a scale of only a few 10 km. Meso-scale structures within typhoons are accompanied by strong winds and heavy rains, and are considered to be the most important part for disaster prevention. When Typhoon Trami (2018) passed between Okinawa main Island and Kume Island on September 29-30, weather radars on Okinawa Island observed the inner core region of the typhoon. The purpose of this study is to reveal characteristics and structure of the meso-scale systems that occurred in the eye of Typhoon Trami. In this study, we used Meteorological Satellite Himawari-8, JMA RSMC Best Track data, surface observation, NICT Okinawa Bistatic Polarimetric RAdar (COBRA), and Phased Array Weather Radar (PAWR).

The time-series of surface wind at four observation sites in Kume Island, Naha, Onna, and Nago showed the common characteristics of a passing typhoon: weaker winds in the eye and stronger winds within the eyewall cloud. On the other hand, a strong wind was observed with sharp drop of the equivalent potential temperature during the passage of the eye and the inner edge of the eyewall. The decrease of equivalent potential temperature lasted for about 40 minutes and was accompanied by an increase of wind speed. The mixing ratio also decreased during the period. This indicates that a dry air passed over the observation sites and that it was accompanied by the strong wind.

The radar observation of COBRA and PAWR showed that the size of Trami eye was larger than 100 km in radius, which was a very large and polygonal eye. The CAPPI display of COBRA radar reflectivity at an altitude of 1.0 km showed a meso-vortex in the typhoon eye. The equivalent potential temperature had started to decrease after the meso-vortex passed over the Onna observation site. However, there was no close relationship between the meso-vortex and strong wind because the meso-vortex was located more than 50 km away at the time the strong wind was observed at Onna.

To investigate the vertical motion in the inner core region, we developed a CVAD method and used it to analyze the wind field. The CVAD method calculates the vertical distribution of horizontal velocity above the radar from Doppler velocity data obtained by PAWR. This analysis shows that the downdraft was pronounced during the period when the equivalent potential temperature was decreasing. The results for a radius of 20 km showed strong horizontal wind and updraft. This suggests that Onna was located near the updraft of the secondary circulation, and that there were strong tangential winds of the primary circulation with a strong wind field within the eyewall near Onna.This indicates that the strong downward motion transported the upper-level dry air to the surface. This also suggests that the strong winds were caused by momentum transport of low equivalent temperature air from the upper-level of the inversion layer to the surface around the polygonal eyewall of the typhoon.

In this study, we identified the meso-scale structure causing strong winds that occur at the surface in the eye of Typhoon Trami. This strong wind was observed when the inner edge of the polygonal eyewall approached. We infer that the strong wind was caused by the compensating downdraft of the strong updraft of the typhoon secondary circulation. The low equivalent potential temperature air was transported by the downdraft from the above of the inversion layer to the surface.

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