[Japanese]
修士論文要旨(塚越 栞菜)

梅雨前線帯で観測された突風の発生メカニズム

塚越 栞菜


活発な対流雲に伴う突風は主に、上昇流に伴い発生する竜巻、下降流に伴い発生するダウンバースト、ガストフロントに分類される。梅雨期は梅雨前線に伴い組織化した線状の降水システムが発達するが、統計上、梅雨期における竜巻・ダウンバーストの発生数は多くなく、梅雨前線帯で発生する突風の発生機構は明らかになっていない。本研究では、梅雨前線帯で発生した竜巻・ダウンバースト事例の発生メカニズムを明らかにすることを目的に、雲解像モデル CReSS を用いてそれぞれの突風の再現とその発達過程の解析を行った。

対象とする事例は 2020 年 7 月 8 日に梅雨前線降水帯に伴って発生した複数の突風である。気象庁Cバンドレーダーおよび国土交通省 XRAIN での観測結果より、06:30 JST 頃に三重県桑名市で発生した突風が竜巻、同日 07:00 JST 頃に岐阜県加茂郡八百津町で発生した突風がダウンバーストと、異なる種別の突風が発生していたことからこの2つの突風に着目し再現実験を行った。

突風の再現のため、雲解像モデル CReSS における再現実験は 500 m解像度実験と、その結果を用いた2つの領域での 50 m 解像度ネスティング実験を行った。外側の 500 m 解像度実験では梅雨前線に沿って形成した梅雨前線降水帯が再現され、降水帯北部での強い降水域において循環場が示された。竜巻の再現を行った 1 つ目の 50 m 解像度実験では、降水帯北部の循環場中心において竜巻が再現された。地表面付近において収束・上昇流域が分布しており、地表から高度1000 m 付近までで鉛直渦度と低気圧構造が顕著であったことから、この竜巻はノンスーパーセル型竜巻であったと考察される。また、渦度収支解析の結果、竜巻の渦度発達には上昇流による stretching の寄与が最も大きかったことが示された。また、ダウンバーストの再現を行った 2 つ目の 50 m 解像度実験では、降水帯北側の強い降水強度域の縁辺でダウンバーストに対応する 10 m/s 超の強い下降流が再現された。ダウンバースト発生時刻前後の鉛直構造より、前線後面からの乾燥空気の流入とともに下降流の強化が起こっていた。また、雨滴蒸発過程を除いた感度実験において同領域における下降流強化は見られなかった。このことから、乾燥空気の流入による雨滴の蒸発冷却がダウンバーストの要因であったことが示された。

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[English]

Genesis Mechanisms of Gust Winds Observed in the Baiu Frontal Zone

Kanna Tsukagoshi


Wind gusts associated with severe convective clouds are mainly classified into tornadoes, which occur with updrafts, and downburst and gust fronts, which occur with downdrafts. It is known that wind gusts often occur in quasi-liner convective system. During the Baiu season, quasi-liner convective system develops along the Baiu front. However, the genesis mechanisms of wind gusts that occurs in the Baiu frontal zone are not cleared, while the number of tornadoes and downbursts during Baiu season is not large. The purpose of this study is to clarify the genesis mechanisms of the tornado and downburst which occurred along the Baiu frontal zone. For the purpose, we performed a high-resolution simulation of these wind gusts and examined the developing process with the cloud resolving model CReSS.

The cases we studied are wind gusts that occurred on July 8, 2020 in the Baiu frontal precipitation zone. According to the JMA C-band radar observations, a tornado occurred in Kuwana City, Mie Prefecture around 06:30 JST, and a downburst occurred in Yaotsu Town, Kamo-gun, Gifu Prefecture around 07:00 JST on the same day. It shows that different types of wind gusts occurred in the same Baiu frontal zone.

Town, Kamo-gun, Gifu Prefecture around 07:00 JST on the same day. It shows that different types of wind gusts occurred in the same Baiu frontal zone. To simulate the wind gusts, firstly a 500 m-resolution experiment was conducted. After the experiment, one-way nested 50 m-resolution experiments in two regions were conducted using the result of the 500 m-resolution experiment. The outer 500 m resolution experiment reproduced the Baiu frontal precipitation zone formed along the Baiu front and showed a circulation field with strong precipitation in the northern part of the Baiu frontal zone. The first 50 m resolution experiment reproduced a tornado at the center of the circulation field in the northern part of the Baiu frontal zone. Around the reproduced tornado, the convergence and updraft areas were present near the surface, and the vertical vorticity and cyclonic structure were prominent from the surface to an altitude of about 1000 m. These characteristics indicate that this tornado is a non-supercell type. However, compared with cold frontal non-supercell tornado, this simulated tornado differs in terms of occurring between the west side of cold moist air and the east side of the partial warm dry air. The partial warm dry air heated by latent heat of nearby convection, flowed from southwest of heavy precipitation area. The result of the vorticity budget analysis indicated that enhancement of stretching of vertical vorticity at lower level had the largest contribution to development of the tornado. In the second 50 m resolution experiment, which reproduced the downburst, strong downdrafts exceeding 10 m/s corresponding to the downburst were reproduced at the edge of the strong precipitation area on the northern side of the Baiu frontal zone. The vertical structure around the time of the downburst indicated that the downdraft intensification occurred with dry air inflow from the rear side of the Baiu front. The result of the sensitivity experiment without the process of the raindrop evaporation did not show strong downdraft in same area of control experiment. These results suggest that the raindrop evaporations due to the inflow of dry air contributed to the occurrence of the downburst.

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