台風の移動の基礎的な理解はかなり成熟しているが、注目に値する研究の進展が近年も見られる。本論文では、単純化された順圧モデル・精緻な物理モデル・データ解析によって、主に2014年以降に得られた台風の移動に関する新しい概念や既存の概念に関する新たな知見を集約する。これには、台風の移動に関する環境場と台風の相互作用、および、予測可能性の研究を含んでいる。指向流・βジャイア・非断熱加熱といった従来の概念は依然として重要であるが、台風の進路を説明するメカニズムをより正確に理解することは、さらなる進路予報の精度向上に向けて、重要な基礎をなすであろう。

The pre-summer rainy season (April to mid-June) over South China (SC) is characterized by a high intensity and frequent occurrence of heavy rainfall in the East Asian monsoon region. This review describes recent progress in the research related to this phenomenon. The mechanisms responsible for pre-summer rainfall consist of multiscale processes. Sea surface temperatures over the tropical Pacific and Indian Oceans are shown to have a great influence on the interannual variations of pre-summer rainfall over SC. Synoptic disturbances associated with regional extreme rainfall over SC are mainly related to cyclone- and trough-type anomalies. Surface sensible heating and mechanical forcing from the Tibetan Plateau can contribute to the formation and intensification of such anomalies. On a sub-daily scale, double rain belts often co-exist over SC. The northern rain belt is closely linked to dynamic lifting by a subtropical low pressure and its associated front/shear line, whereas westward extension of the western North Pacific high and intensification of the southwesterly monsoonal flows play important roles in providing high-equivalent potential temperature air to the west- and east-inland regions, respectively. The southern rain belt, with a smaller horizontal span, exists in the warm sector over either inland or coastal SC. The warm-sector rainfall over inland SC results from surface heating, local topographic lifting, and urban heat island effects interacting with the sea breeze. The warm-sector rainfall over coastal SC is closely associated with double low-level jets, land-sea-breeze fronts, and coastal mountains. A close relationship is found between convectively-generated quasi-stationary mesoscale outflow boundaries and continuous convective initiation in extreme rainfall events. Active warm-rain microphysical processes can play an important role in some extreme rainfall events, although the relative contributions of warm-rain, riming, and ice-phase microphysical processes remain unclear. Moreover, to improve rainfall predictions, efforts have been made in convection-permitting modeling studies.

This study examines how upslope geometry controls aerosol effects on orographic precipitation through two-dimensional idealized simulations of orographic precipitation from shallow warm convective clouds over a bell-shaped mountain with 1-km height. A total of nine cases are simulated by considering three different prescribed aerosol number concentrations and three different windward-widths of the mountain. For a detailed representation of drop size distributions, the Weather Research and Forecasting (WRF) model that includes a bin microphysics scheme is used with a horizontal grid size of 250 m and 401 terrain-following vertical levels. A higher aerosol number concentration leads to the production of more cloud droplets, inhibiting the growth of cloud droplets into raindrops in the cases with the symmetric mountain (the windward-side half-width a₁ = 10 km). As a result, the total and maximum surface precipitation amounts decrease and the location of the maximum surface precipitation amount shifts downstream. The aerosol effects on orographic precipitation are more clearly seen in the cases with the narrow windward-width (a₁ = 5 km) compared to the cases with the symmetric mountain and the wide windward-width (a₁ = 20 km). In the cases with the narrow windward-width, the steep upslope generates strong convection with a short advection timescale (∼ 600 s), resulting in more precipitation being concentrated over a narrow area of the mountain downslope compared to the cases with the symmetric mountain and the wide windward-width. On the other hand, in the cases with the wide windward-width, the gentle upslope generates weak convection with a sufficiently long advection timescale (∼ 2400 s) so that a large portion of liquid drops precipitates out on the wide mountain upslope before reaching the peak.

本研究は、2009年から2017年にかけて北西太平洋で発生した熱帯低気圧（TC）において、トロピカルストームの強度に発達する前に減衰した熱帯低気圧（TD）の特性と環境場の条件を調査した。特に、大規模な流れパターンと関連させて、トロピカルストームの強度まで発達した熱帯低気圧（TS）と比較した。流れパターンは以下の5つに分類した。シアライン（SL）、東西風合流域（CR）、モンスーンジャイア（GY）、偏東風波動（EW）、および既存のTCからのロスビー波応答で発生したパターン（PTC）である。ベストトラックデータと早期ドボラックデータを用いて、476例のTC事例のうち、263例のTDが検出された。CRまたはPTC（EW）のパターンで発生したTCは、他のパターンと比較してトロピカルストームの強度に達する（達しない）割合が多い。夏と秋のCR、GY、およびEW（PTC）のTDの平均位置は、同じパターンのTSよりも西（東および北）に偏っていた。TDの周囲の環境場パラメータはTSよりも発達に不向きな傾向があり、CR、EW、PTC（SL、GY、PTC）で大気（海洋）の環境場パラメータに有意な差がある。流れパターンで分類したトロピカルストームの強度に達するための環境場条件は以下のようにまとめられる。SLとGYはより高いtropical cyclone heat potential、CRはより弱い鉛直シア、EWはより湿潤な場、そしてPTCはより高い海面温度と先行のTCが強いことである。

Basic climate statistics, such as water and energy budgets, location and width of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ), trimodal tropical cloud distribution, position of the polar jet, and land sea contrast, remain either biased in coarse-resolution general circulation models or are tuned. Here, we examine the horizontal resolution dependency of such statistics in a set of global convection-permitting simulations integrated with the ICOsahedral Non-hydrostatic (ICON) model, explicit convection, and grid spacings ranging from 80 km down to 2.5 km. The impact of resolution is quantified by comparing the resolution-induced differences to the spread obtained in an ensemble of eight distinct global storm-resolving models.

Using this metric, we find that, at least by 5 km, the resolution-induced differences become smaller than the spread in 26 out of the 27 investigated statistics. Even for nine (18) of these statistics, a grid spacing of 80 (10) km does not lead to significant differences. Resolution down to 5 km matters especially for net shortwave radiation, which systematically increases with the resolution because of reductions in the low cloud amount over the subtropical oceans. Further resolution dependencies can be found in the land-to-ocean precipitation ratio, in the latitudinal position and width of the Pacific ITCZ, and in the longitudinal position of the Atlantic ITCZ. In addition, in the tropics, the deep convective cloud population systematically increases at the expense of the shallow one, whereas the partition of congestus clouds remains fairly constant. Finally, refining the grid spacing systematically moves the simulations closer to observations, but climate statistics exhibiting weaker resolution dependencies are not necessarily associated with smaller biases.

Using special data from the field program of “Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific” (2010) and an ensemble Kalman filter–based vortex initialization method, this study explores the impact of Taiwan terrain on the uncertainty in forecasting track, intensity, and rainfall of Typhoon Fanapi (2010) based on ensemble simulations. The results show that the presence of Taiwan topography leads to rapid growths of the simulation uncertainty in track and intensity during the landfall period, particularly at the earlier landfall period. The fast moving ensemble members show an earlier southward track deflection as well as weakening of intensity, resulting in a sudden increase of standard deviation in track and intensity. During the period of offshore departure from Taiwan, our analysis suggests that the latitudinal location of the long-lasting and elongated rainband to the south of the tropical cyclone (TC) center has strong dependence on the latitude of the TC center. In addition, the rainfall uncertainty in southern Taiwan is dominated by the uncertainty of the simulated TC rainband, and the latitude of the TC track can be regarded as a good predictor of the rainband's location at departure time. It is also found that the rainband develops farther to the south as the topography is elevated. Considering the fact that the rainband impinging the high mountains in the southern Central Mountain Range generates the greatest accumulated rainfall, positions where the rainband associated circulation and its interaction with topography appear to offer an explanation on the uncertainty of the simulated rainfall.

メタンは気候変動および大気化学において重要な役割を担っているが、その放出源が多様であるため、全球収支は依然として不確実である。大気中メタンの安定炭素同位体比（δ¹³C-CH₄）は、様々な放出源の寄与を分離推定するために有用だが、分析法が複雑で大きな労力を伴うため、測定データは限られている。本研究では、大気試料の自動分析のために最適化させたδ¹³C-CH₄の新測定システムを報告する。測定システムの設計は先行研究と原理的には類似しているが、本研究では液体窒素などの冷媒を使わずに大気分析に十分とされる再現性（約0.1‰）を達成することに成功した。この分析システムを用いて、実験室外気の自動測定を約1時間の時間間隔で2ヶ月間ほぼ連続的に実施し、周辺のメタン放出源の影響を特徴づけた。今後の本測定システムの運用で、既存の大気モニタリングプログラムで採集されるフラスコ試料を分析し、多数の大気中δ¹³C-CH₄のデータを提供できるだろう。

On 14 June 2015, a severe afternoon thunderstorm event developed within the Taipei Basin, which produced intense rainfall (with a rainfall rate of 131 mm h⁻¹) and urban-scale flooding. Cloud-resolving simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model were performed to capture reasonably well the onset of the sea breeze and the development and evolution of this afternoon thunderstorm system. The WRF model had four nested grids (with the finest grid size of 0.5 km) in the horizontal direction and 55 layers in the vertical direction to explicitly resolve the deep convection over complex terrain.

It was found that convection was initiated both by the sea breeze at foothill and by the upslope wind at the mountain peak. Convective available potential energy (CAPE) was increased from 800 to 3200 J kg⁻¹ with abundant moisture transport by the sea breeze from 08 to 12 LST, fueling large thermodynamic instability for the development of the afternoon thunderstorm. Strong convergence between the sea breeze and cold-air outflow triggered further development of intense convection, resulting in heavy rainfall over Taipei City.

Microphysics sensitivity experiments showed that evaporative cooling played a major role in the propagation of cold-air outflow and the production of heavy rainfall within the basin plain (terrain height < 100 m), whereas melting cooling played a minor role. The terrain-removal experiment indicated that the local topography of Mount Datun at the coastal region may produce the channel effect through the Danshui River Valley, intensify sea-breeze circulation, and transport more moisture. This terrain-induced modification of sea breeze circulation made its dynamic and thermodynamic characteristics more favorable for convection development, resulting in a stronger afternoon thunderstorm system with heavy rainfall within Taipei City.

本研究で「95パーセンタイルを越える日最高気温が３日継続する猛暑イベント」と定義した熱波が、2018年には、中国、日本、韓国を含む東アジアで６～８月に多発し、各地で最高気温極値を更新した。なかでも７～８月にかけての熱波は、朝鮮半島地域では21.3日続き、地域平均での最高気温が36.9℃に達した。韓国ソウル東方のHongcheonでは、1907年の観測開始以来の韓国内の最高気温41℃を記録した。本研究では、2018年の猛暑をもたらした原因を調査し、韓国での史上２番目の猛暑年である1994年との異同を検討した。その結果によると、2018年７月にみられた北太平洋高気圧の強化と北西への張り出しが、朝鮮半島北部を中心に８月まで継続した。これらの高気圧偏差の特徴は、東シナ海での低気圧性偏差を伴って、モドン的な状態を呈した。1994年には、北太平洋高気圧が東アジア東部に張り出して、南北の二極構造を壊し、熱波は継続しなかった。2018年に8月まで継続した北太平洋高気圧は、下降流を伴い、降水を妨げ、極端な最高気温をもたらし、偏西風のジェット気流を弱めると共に、晴天による日射の増加をもたらした。朝鮮半島を含む地域に北太平洋高気圧の北西への偏位が継続したことによって、韓国の2018年の猛暑が起こったといえる。さらには、2018年7月の日射の継続は、寡降水とそれに伴う蒸発散量の増加をもたらし、地表面の乾燥を強めた。熱中症や過度の蒸発散による農業被害の軽減のためには、北太平洋高気圧の位置および継続期間の予測が必要であろう。

盛夏期におけるアジアジェットに沿う準定常ロスビー波束の伝播と、太平洋・日本（Pacific-Japan：PJ）パターンが、アジアジェット出口付近におけるロスビー波の砕波を通して結合する可能性、及びそのメカニズムについて、長期再解析データを用いて調べた。まず、日本の東海上において発生した計44のロスビー波の砕波事例に基づくラグ合成図解析を行った。その結果、アジアジェットに沿う波束伝播が、日本の東海上において高気圧偏差の増幅を引き起こし、逆“S”字型の砕波に伴って、高渦位大気が北西太平洋亜熱帯域に向かって南西方向に侵入することがわかった。次に、Q ベクトルを用いた診断や渦度収支解析より、対流圏上層における砕波に伴う強い正渦度移流が、北西太平洋亜熱帯域における力学的上昇流を励起することにより、積雲対流活動の活発化、及びそれに伴うPJパターンの発現に重要な役割を果たすことが明らかになった。また、より強い砕波が生じた事例ほど、それに先行するアジアジェットに沿う波束伝播や、砕波後に生じるPJパターンが、より強くなる傾向となることが示された。さらに、偏相関分析より、北西太平洋亜熱帯域における活発な積雲対流活動やPJパターンの強化には、その周辺における海面水温偏差と比べて、対流圏上層における砕波に伴う強い正渦度移流が、より大きく寄与することが定量的に示された。これらの結果は、アジアジェットに沿う波束伝播が、日本の東海上における砕波、及びそれに伴う北西太平洋亜熱帯域への高渦位大気の侵入を通して、PJパターンを励起し得ることを示している。

一般にLa Niña（LN）イベントは、El Niño（EN）イベントよりも長く持続する。本研究は、客観解析データを用いてLNイベントの持続に及ぼすオーストラリア冬季モンスーン（AWM）の影響を調査する。通常、ENイベントは、３月から８月に生じる太平洋赤道域での偏差的なウォーカー循環の東方移動にともない終了する。しかしLNイベントでは、LNによって誘発された通常よりも強いAWMにより、３月から８月にかけて偏差的なウォーカー循環の上昇流域が、インドネシア海洋大陸（IMC）上に固定される。AWMの強さは、３月から８月の間のIMCとオーストラリア大陸北部（NAC）の間の表面温度差による。 LNは、降水量の増加とそこでの表層土壌水分量の増加によってNAC上の表面温度を低下させ、この表面温度差を大きくする。 LN期間中の多降水にともなう下向き短波放射の表面フラックスの減少もまたNACの表面温度を低下させることに寄与する。LNでは、AWMの強まりと偏差的なWalker循環の強まりが、IMCおよびその周辺域で強化された対流活動を通し互いに増強し合う。この正のフィードバック、本研究ではこれをLN-AWMフィードバックとよぶ、がLNイベントの期間を長くすると考えられる。ENではこのようなフィードバックが機能せず、ENイベントは３月から８月にかけて規則正しく終了する。

In this study, the climatological characteristics of pre-summer (April to June) rainfall over South China (SC) and the associated synoptic conditions are examined using 1980–2017 hourly rainfall observations and reanalysis data. The amount, frequency, and intensity of rainfall show pronounced regional variations and substantial changes between pre- and post-monsoon-onset periods. Owing to the more favorable thermodynamic conditions after monsoon onset over the South China Sea (SCS), rainfall intensifies generally over SC irrespective of the rainfall-event durations. Increased rainfall amounts in longer-duration (> 6 h) events were found over a designated west-inland region (west of 111°E), which are partially attributed to enhanced dynamic instability. In addition, rainfall events occur more frequently over the west-inland region, as well as coastal regions to the west of 118°E, but less over a designated east-inland region. Inland-region rainfall is closely linked to dynamic lifting driven by subtropical synoptic systems (low pressure and an associated front or shearline). The westward extension of the western North Pacific high and the eastward extension/movement of the front or shearline, interacting with the intra-period intensification of the southwesterly monsoonal flows, play important roles in providing high-θ_e (equivalent potential temperature) air to the west- and east-inland regions, respectively. Warm-sector coastal rainfall is closely related to the deceleration of the southerly boundary layer (BL) air flow over the northern SCS and associated convergence of BL high-θ_e air near the coast. Meanwhile, the southwesterly synoptic-system-related low-level jet in the lower-to-middle troposphere to the south of the inland cold front can contribute to the coastal rainfall occurrence by providing divergence above the BL convergence near the coast. The BL flow often simultaneously strengthens with the lower-troposphere horizontal winds, suggesting a close association between the BL flow and the synoptic systems. The quantitative statistics provided in this study complement previous case studies or qualitative results and, thus, advance our understanding about pre-summer rainfall over SC.

本研究では、2018年7月5–8日に西日本広域に豪雨をもたらした降水システムの特性と、降水システムの後面に停滞した対流圏上層トラフが果たした役割とを調べた。まず、全球降水観測主衛星搭載の二周波降水レーダ観測によると、豪雨をもたらした降水システムでは、高度10 kmを超える降水頂の雨は少なく、7–9 km程度 の降水頂の雨の貢献度が大きかった。また、広大な層状雨域を伴っており、層状雨域の中に対流雨が埋め込まれていた。これらは良く組織化した降水システムの特徴を示している。次に、気象データを用いて大規模環境場を調査した結果、日本広域にわたって、大気成層は気候値に比べて比較的安定で、対流圏全体が非常に湿潤であったことが示された。このような大規模環境場条件は、先行研究で示されている極端降水イベントの統計結果と整合的であった。

詳細な解析の結果、トラフは降水の組織化に好都合な環境場の維持に重要な役割を果たしたことが明らかにされた。トラフに伴う力学的上昇流によって対流圏中層および上層で鉛直水蒸気フラックス収束が生じ、水平水蒸気フラックス収束と共に、対流圏全体を加湿していた。対流圏下層が対流不安定のとき、対流圏中下層が湿潤であれば深い対流の発達が促される。一旦深い対流が生じると、対流自身の非断熱上昇流により対流圏中上層が加湿され、自由対流圏全体が湿潤化する。これらの力学的効果と非断熱的効果とによって良く組織化した降水システムが維持され、日本広域で非常に強い降水がもたらされた。