[Japanese]
卒業論文要旨(藤本 達也)

雲解像モデルを用いた積乱雲発達初期段階の研究

藤本 達也


近年頻発する豪雨災害の被害を低減するためには、積雲の発生や発達の段階から積乱雲の発達予測につなげることが重要である。一般的に、積乱雲の発生は下層において発生した上昇気流が凝結高度を超えると雲が発生すると考えられている。しかし、先行研究では、小さな積雲がいくつか集まって併合して積乱雲となる事例が観測された。

この事例はモデルとしては再現されておらず、積雲が併合して対流雲が発達する要因は明らかになっていない。観測されたのは夏であったことから、地表面から熱と水蒸気が供給されて周囲より高温位・高水蒸気混合比となった気塊が浮力を得て上昇するものであるサーマルに注目して理想化実験を行い、この過程を明らかにすることを目的とする。

本研究では、雲解像モデル CReSS に、初期条件として先行研究が行われた地点付近の LANAL(局地客観解析)データをもとに、都市域の地表面を想定して設定を行い、理想化実験を行った。積分時間は日本時間 2018 年 8 月 6 日 05 時00 分から日本時間 2018 年 8 月 6 日 17 時 00 分の 12 時間で、30 秒間隔で出力した。

実験の解析の結果、積雲同士の併合についていくつかの知見を得ることができた。水平風を解析した事例では、水蒸気混合比や仮温位が周囲より高い上昇流域であるサーマルが 2 つ存在し、それらが互いに接近する方向の水平風成分を持っていたため、サーマル同士が併合はしなかったものの近くまで接近した。また、積雲同士が併合した現象も鉛直流の解析から見ることができた。サーマルが上昇して積雲が発生し、付随して発生した補償下降流を縫うように 2 つの積雲が 1 つに併合した。

本研究の結果から、小さな積雲が併合して積乱雲となる現象のメカニズムについて、2 つの考察することができた。まず、サーマルの発生により周辺の水平風場が変わり、偶然 2 つのサーマル同士が接近することが考えられる。また、2 つのサーマルや積雲の間に存在する補償下降流に弱い領域が存在し、それを縫って積雲が発達し併合することが考えられる。

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[English]

A study of the initial development stage of cumulonimbus cloud using a cloud-resolving model

Tatsuya Fujimoto


In order to reduce the damage caused by the heavy rainfall, it is important to predict the development of cumulonimbus clouds from the stages of their formation and development. It is generally believed that cumulonimbus clouds form when the updrafts generated in the lower layers exceed the condensation altitude. However, previous studies have observed cases in which several small cumulonimbus clouds gather and merge to form a cumulonimbus cloud.

This case has not been reproduced in a model, and the factors of the merge of the cumulus clouds and the development of convective clouds have not been clarified. Since this case was observed in summer, we conducted an idealized experiment focusing on thermals, which are air masses that are supplied with heat and water vapor from the ground surface and have higher temperatures and higher water vapor mixing ratios than their surroundings gain buoyancy and rise, to clarify this process.

In this study, an idealization experiment was conducted by setting up the cloud-resolving model CReSS with an assumed ground surface in the urban area based on LANAL (Local Objective Analysis) data near the location where the previous study was conducted as the initial condition. The integration time was 12 hours, from 5 a.m. on August 6, 2018 to 5 p.m. on August 6, 2018, with output at 30-second intervals.

The analysis of the experiment yielded several insights into the merge of cumulus clouds. In the case of the horizontal wind analysis, there were two upwelling thermals with higher vapor mixing ratios and higher virtual potential temperatures than the surrounding area. They had horizontal wind components that approached each other, so the thermals came close to each other but did not merge. The analysis of the vertical flow also showed that the cumulus clouds merged with each other. The thermal rose and generated a cumulus cloud, and the two cumulus clouds merged into one as if they were sewn together by the compensating downdraft that was generated in conjunction with the thermal.

Based on the results of this study, two mechanisms can be considered for the phenomenon of the merge of the cumulus clouds and the development of convective clouds. First, the occurrence of a thermal may change the surrounding horizontal wind field, causing the two thermals to approach each other by chance. Another possibility is that there is a weak area of compensating downdraft between two thermals or cumulus clouds, and cumulus clouds develop and merge through that weak area.

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