[Japanese]
修士論文要旨(吉田 尚紀)
線状降水帯のレーダーデータを用いた客観的抽出と統計的特徴
吉田 尚紀
近年、日本国内で線状降水帯による豪雨災害が頻発しているため、予報・防災の観点からも、線状降水帯の統計的特徴(形状、速度、総雨量など)を明らかにすることが必要である。
これまでにも線状降水帯の統計解析は行われている。Unuma and Takemi (2016) は日本国内の準停滞性降水系(Quasi-Stationary Convective Clusters : QSCC)に着目し、2005 年から 2012 年の期間で 4133 個の降水系を抽出し、寿 命・形状などを調べた。このように過去の統計解析から線状降水帯の特徴が示されてきたが、いずれの研究も線状降水帯がもたらした総雨量について統計解析を行っていないという問題点がある。また、日本国内では多数の線状降水帯が発生しているが、どのような特徴を持つ線状降水帯がより災害をもたらしやすいかはいずれの研究でも議論されていない。しかし、災害の低減のためには、多数の線状降水帯と過去に災害をもたらした線状降水帯の特徴を解明することが重要である。ここで、災害をもたらす線状降水帯とそうではない線状降水帯では、形状、速度、雨量などの点で、どのように特徴が違うのかが問題である。そして、これらの違いを捉えるためには全ての線状降水帯を客観的に抽出する必要がある。そのため本研究では形状、速度、雨量が分かるレーダー画像に着目した。
本研究の目的は、レーダーデータから客観的に線状降水帯を抽出し、総雨量を含めた統計的特徴を明らかにすること、また、得られた統計的特徴を用いて災害をもたらしやすい線状降水帯の特徴を明らかにすることである。
線状降水帯の抽出のために使用した気象庁のレーダーデータは空間分解能 1km、時間分解能 10 分である。対象領域は東経 122 度から148 度、北緯 22 度 から46 度、対象期間は 2008 年から 2019 年の 5 月から 10 月、および 2020 年 の5月から7月である。
線状降水帯の抽出条件として、降水強度 50mm/h 以上の格子が水平方向に 100 個以上(100km2 以上)連続していることとし、誤検出を防ぐために線状降水帯 イベントにレーダーからの距離の条件を設けた。このようにして抽出されたそ れぞれの線状降水帯について外接矩形を設定し、それを用いて線状降水帯の 幅、長さ、中心位置、走向を定義した。そして、2 時刻以上の時間的連続性が確認された線状降水帯を1つの線状降水帯イベントとした。また、どのような 特徴をもつ線状降水帯がより危険であるかを調べるために、本研究で得られた 線状降水帯イベントと過去の災害事例を照合し、災害発生イベントを抽出した。
上記の抽出方法により、6121 回の線状降水帯イベントと 89 回の災害発生イベントが確認された。災害発生イベントは、抽出された 6121 回の線状降水帯 イベントの中でも継続時間が長く、雨量・面積が大きく、移動速度が小さいと いう特徴を持っていた。地理的分布からは、線状降水帯イベントは太平洋側で多く発生していることが明らかになった。複数のパラメーターを組み合わせことで線状降水帯イベントのさらなる統計的特徴を調べると、線状降水帯イベ ント全体では総雨量と面積の間に弱い正の相関があった。一方、災害をもたらしやすい線状降水帯イベントは線状降水帯イベント全体よりも面積が大きい時に最大雨量が大きくなる傾向が強く、様々な形状で発生することが分かった。
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[English]
Objective extraction and statistical characteristics of linear precipitation systems using radar data
Naoki YOSHIDA
In recent years, heavy rainfall disasters caused by the linear precipitation systems have frequently occurred in Japan. It is important to clarify the statistical characteristics (shape, speed, total rainfall, etc.) of linear precipitation systems from the viewpoint of forecasting and disaster prevention.
Statistical analysis of the linear precipitation system has been conducted. Unuma and Takemi (2016) studied Quasi-Stationary Convective Clusters (QSCCs)in Japan. They found 4133 precipitation systems from 2005 to 2012, and investigated their duration and shape. The statistic characteristics of the linear precipitation system have been studied. However, none of the previous studies conducted a statistical analysis on the total rainfall of linear precipitation systems. In addition, although many linear precipitation systems occur in Japan, no studies have discussed what characteristics of linear precipitation systems are related to disasters. To reduce disasters, it is important to reveal statistic characteristics of linear precipitation systems and those that have caused disasters in the past. Here, the problem is how the characteristics of the linear precipitation system that causes disasters differ from those that does not cause disasters in terms of shape, speed, rainfall, and so on. Then, to clarify these differences, it is necessary to objectively extract all the linear precipitation systems. In this study, we utilized radar images that show the shape, speed, and rainfall.
The purpose of this study is to extract the linear precipitation systems objectively from radar data and clarify the statistic characteristics including the total rainfall, and to clarify the characteristics of linear precipitation systems that often cause disasters using the statistical characteristics.
The radar data of the Japan Meteorological Agency (JMA) used for the extraction of linear precipitation systems has a spatial resolution of 1 km and a temporal resolution of 10 minutes. The target area is 122 to 148o E, 22 to 46 o N and the target period is from May to October in 2008 to 2019, and from May to July of 2020.
In this study, a continuous precipitation area of 100 km2 or more with a precipitation intensity of 50 mm/h or more is considered as a linear precipitation system. Subsequently, a circumscribed rectangle is used to represent the obtained linear precipitation system. Using the rectangle, width, length, center position, and direction of the linear precipitation system are calculated. When the linear precipitation system is observed consecutively at least 2 times, a linear precipitation system event is defined. To exclude erroneous detection, the area of the study is limited within a radius of 150 km (170 km) from a radar point. In addition, to find what characteristics of the linear precipitation system is more dangerous, we focused linear precipitation system events that caused severe disasters.
We found 6121 linear precipitation system events and 89 disaster events. The linear precipitation system events had a longer duration than QSCCs studied by Unuma and Takemi (2016). Among the 6121 linear precipitation zone events, disaster events were characterized by a long duration, large rainfall and area, and low migration speed. The geographical distribution of events showed that many linear precipitation system events occur along the Pacific side. Examining further statistical characteristics of linear precipitation system events by combining multiple parameters, there was a weak positive correlation between total rainfall and area of entire linear precipitation system event. On the other hand, linear precipitation system events which are prone to cause disaster tends to have a larger maximum rainfall amount and a larger area, and they occur in various shapes.
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