気象集誌. 第2輯
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98 巻, 2 号
選択された号の論文の11件中1~11を表示しています
Invited Review Articles
  • Chung-Hsiung SUI, 佐藤 正樹, 鈴木 健太郎
    2020 年 98 巻 2 号 p. 261-282
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/01
    [早期公開] 公開日: 2020/03/01
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     降水効率(PE)はある気象条件において潜在的に可能な最大降水量を評価するために有用な概念である。PEは気象学における様々な状況で利用される:例えば、単一の対流現象における激しい降水を評価するため、また積雲対流パラメタリゼーションにおけるパラメータとして、あるいは気候予測研究における雲と降水粒子の配分の決定のため等に利用されている。PEはいくつかの方法で定義されてきた。このレビューでは、初めに微視的および巨視的観点からPEの定義を示し、観測および数値モデリング手法に基づくPEの推定値を提示する。次に、浅い雲や組織化された深い対流システムにおける雲微物理とPEに関する観測とモデリング研究をレビューすることを通じて、モデルにおける対流の表現法に関わる物理的制約や概念的フレームワークを議論する。特に、気候変動に対する雲放射フィードバックにおけるPEの役割に焦点を当てる。最後に、気候予測研究における雲と降水の変化を論じるためのPEの有用性について議論する。
Articles
  • Wei CHEN, Zhaoyong GUAN, Huadong YANG, Qi XU
    2020 年 98 巻 2 号 p. 283-297
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/02
    [早期公開] 公開日: 2019/12/08
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        The East Asian summer monsoon (EASM) and the Australian winter monsoon (AWM) are two important components of the Asian–Australian monsoon system during boreal summer. The simultaneous variations of these two monsoons would have remarkable impacts on climate in the Asian–Australian region. Using the reanalysis datasets, we investigated the mechanisms of variation and impacts of East Asian–Australian monsoons (EAAMs). The singular value decomposition (SVD) is performed of the June–July–August (JJA) mean anomalous zonal wind for AWM as the left field and JJA mean anomalous meridional wind for EASM as the right field after both El Niño–Southern Oscillation and India Ocean Dipole signals are filtered out. Our results demonstrate that AWM and EASM are closely related to each other as revealed by the first leading SVD mode. The anomalously strong (weak) EAAMs correspond to anomalously strong (weak) AWM and EASM to the south of 30°N. When EAAMs are anomalously strong, cold sea surface temperature anomaly (SSTA) appears in regions near northern and northeastern coasts of Australia, whereas the warmer SSTA appears in the northwestern tropical Pacific and South China Sea. The colder SSTA is associated with the upwelling of cold water from below, induced by equatorial easterly anomalies, reinforcing the anticyclonic circulation over Australia through the Matsuno/Gill-type response, whereas warm SSTA appears in the northwestern tropical Pacific and South China Sea as a result of oceanic response to the intensified northwest Pacific subtropical anticyclonic circulation. The EASM couples with AWM via the anomalous easterlies near the equator in the Maritime Continent (MC) region and the slanted vertical anomalous circulations. In the years with strong EAAMs, precipitation decreases in northern Australia and over areas from the western Pacific to Bohai Sea and Yellow Sea of China. Meanwhile, the western MC and the southeastern China experience more-than-normal precipitation.

  • Jayalakshmi JANAPATI, Balaji Kumar SEELA, Pay-Liam LIN, Pao K. WANG, C ...
    2020 年 98 巻 2 号 p. 299-317
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/09
    [早期公開] 公開日: 2020/02/01
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     インドと台湾におけるディスドロメーター測定から、インド洋と太平洋の熱帯低気圧(Tropical Cyclone; TC)の雨滴粒径分布(Raindrop Size Distribution; RSD)特性を調べた。インド洋における5つのTC(2010-2013年)と太平洋における6つのTC(2014-2016年)が、それぞれインド南部および台湾南部に設置されたParsivelディスドロメーターによって測定された。インド洋と太平洋におけるTCのRSDには顕著な違いがある。小粒径の数濃度はインド洋のTCの方が高いのに対し、中~大粒径の数濃度は太平洋のTCの方が高い。太平洋のTCのRSDは、インド洋のTCより質量加重平均径が大きく、正規化切片パラメータが小さい。降水タイプや降水強度に基づいて分類されたRSDは、インド洋と太平洋のTC間で同様の特性を示す。インド洋と太平洋におけるレーダー反射因子・降水強度(Z-R)関係や傾斜・形状(μ-Λ)関係は明らかに異なることがわかった。TCのRSDの特徴がインド洋と太平洋で異なる原因は、2つの海洋のTCにおける可降水量や対流活動の違いによるものであることがわかった。
  • 青野 憲史, 岩崎 俊樹, 佐々井 崇博
    2020 年 98 巻 2 号 p. 319-328
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/08
    [早期公開] 公開日: 2019/12/24
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    電子付録
     台風強化に対する風蒸発フィードバックの役割を調べるため、台風の外側にある弱風域(地上10mの風速が5、10および15 ms-1未満の領域)に焦点を当てた数値実験を行った。非静力学雲解像数値モデルにおける大気海洋間の交換係数のうち、水蒸気フラックスの計算に現れる地上10mの風速に下限値を導入した。この下限値を段階的に変化させる理想実験により、弱風域における過剰な海面蒸発が台風の発達に与えるインパクトを調べた。その結果、下限値を導入しない標準実験に比べ、発達期には下層(高度100m以下)の動径方向の水蒸気コントラストが減少し、成熟期(台風形成から150時間後)には台風のサイズが30~33%、強度が5~14%、それぞれ減少した。弱風域の蒸発量の増加が外側の対流を活発化し、下層では台風内外の気圧差を減少させた。結果として、台風中心への流入および角運動量の台風中心への移流が減少し、外側の対流の強化によって壁雲内の対流が抑制され、二次循環を弱化させ、台風の強度を弱めた。加えて、弱風域の対流はレインバンド(台風中心から半径300km内の降水帯)の発達を抑制した。以上の結果は、台風の発達には、下層での動径方向の水蒸気コントラストを強くする風蒸発フィードバックの寄与が重要であることを示唆しており、弱風域の役割を解明することで台風の発達過程がより正確に理解できると考えられる。
  • 冨田 智彦, 山浦 剛
    2020 年 98 巻 2 号 p. 329-351
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/08
    [早期公開] 公開日: 2020/02/11
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     梅雨前線は、通常5月に西部北太平洋に形成される。本研究は、1979年から2014年(36年間)の客観解析データを使用し5月の梅雨前線活動の経年変動を調査した。まず熱帯からの暖かく湿った南風の季節的な強化が、気候学的な大規模準定在前線としての梅雨前線を5月に形成する。この熱帯からの暖かく湿った南風の強弱は、5月の梅雨前線活動の経年変動をも制御する。台湾を中心とした偏差的な大規模大気循環は、西太平洋における赤道ケルビン−ロスビー波束から北西に伝播する湿潤ロスビー波と解釈されるが、この東部において南風偏差の強弱を制御する。この赤道ケルビン−ロスビー波束は、赤道季節内振動と同定され、インド洋から西太平洋へと赤道域を東方伝播する。
     5月の梅雨前線活動の経年変動は、エルニーニョ/南方振動(ENSO)の3−4年周期変動とは異なり約2年の周期の変動傾向をとる。この2年周期の変動傾向は、熱帯太平洋における海面水温偏差の東西に広がる三極分布と、これにともなう偏差的なウォーカー循環によって特徴付けられる。この偏差的な環境は、赤道ケルビン−ロスビー波束の崩壊を西部熱帯太平洋に制限し、続く湿潤ロスビー波の北西伝播を熱帯西部北太平洋に誘導する。ENSOは6月の梅雨前線中央部付近の経年変動を制御するが、この2年周期の変動傾向は、季節内振動の位相の反転と共に、梅雨前線西部における5月の経年変動と6月中旬までの経年変動に現れる。本研究は5月の梅雨前線活動の経年変動の予測因子として4月のインド洋における赤道季節内振動の活動度を提案する。
  • 直江 寛明, 松本 隆則, 上野 圭介, 眞木 貴史, 出牛 真, 竹内 綾子
    2020 年 98 巻 2 号 p. 353-377
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/02
    [早期公開] 公開日: 2020/02/03
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     この研究では、利用可能な20種類のLevel2衛星観測オゾン全量(TCO)データを40年間(1978-2017)分取得し、結合TCOデータセットを作成する。20種類の個々のTCOデータセットと結合したTCOデータは、ドブソンとブリューワー分光光度計による地上観測に対して補正を行う。ここでは2種類のバイアス補正法を用いる:時間方向に線形単回帰を行う補正法と、時間、太陽天頂角、オゾンの有効温度を説明変数とした線形重回帰による補正法である。全ての衛星データセットで地上観測との差は2-3%の範囲にある。しかし、Total Ozone Mapping Spectrometer(TOMS)/Earth Probe で校正が劣化した期間のデータや、NOAAが提供している Ozone Mapping and Profiling Suite (OMPS)の観測初期のデータは品質が劣化していることがわかった。一方、NASA提供のOMPSデータと地上観測との差は極めて安定している。Global Ozone Monitoring Experiment/MetOp-A and -B では、アルゴリズム更新時に地上観測との差に不連続があり、約8DU に達している。20種の衛星観測データを各グリッドで平均して作成した結合TCOデータセットについて、重回帰を用いた補正法によるTCOのトレンドと補正なしのそれとを比較すると一般的に低緯度で正になるが、これは前者においてオゾンの有効温度が低い地域で、正の補正がなされるからである。重回帰を用いた補正法によるトレンドには明瞭な季節依存性と緯度依存性がみられるが、時間だけの単回帰による補正法の結果に季節依存性と緯度依存性はみられない。結合TCOデータセットの平均平方二乗差は、補正前の8.6 DU から、単回帰と重回帰による補正後いずれにおいても8.4 DUへ減少している。したがって、我々のバイアス補正法を用いた結合TCOデータセットは、時間方向に一様かつ高分解能であり、トレンド解析および長期再解析への同化データとして適している。
  • Huadong YANG, Liguang WU, Tong XIE
    2020 年 98 巻 2 号 p. 379-393
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/02
    [早期公開] 公開日: 2020/01/22
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        The tropical cyclone (TC) center position is often needed in the study of inner-core processes although there is currently no consensus on the definition of the TC center. While previous studies evaluated center-detecting methods in terms of the center position, vertical tilt and decomposed symmetric, and asymmetric circulations, this study used the 1-km resolution output of the predicted Hurricane Wilma (2005) at 5-minute intervals to evaluate the four TC centers that are frequently used in the diagnostic analysis of the inner-core dynamics processes: the pressure centroid center (PCC), the potential vorticity (PV) centroid center (PVC), the maximum tangential wind center (MTC), and the minimum pressure variance center (MVC) by focusing on the evolution of the small-scale track oscillation and vortex tilt.

    The differences in the detected center position and vertical tilt are generally small during the course of rapid intensification and eyewall replacement. All four methods lead to similar small-scale track oscillations that rotate cyclonically around the mean track. While the MVC and PVC lead to a relatively smooth rotation, abrupt changes exist in the track oscillation of the MTC; the track oscillation of the PCC contains amplified embedded rotations that are associated with the PV mixing in the eye region. The tracks of the MVC and PVC relative to the lower-level center (vertical tilt) are generally smooth, while the relative tracks of the MTC and PCC contain abrupt changes. The MVC also leads to the strongest symmetric structure in the tangential wind, PV, and radial PV gradient in the eyewall region. This study suggests that the MVC should be selected in the study of inner-core processes.

Articles: Special Edition on DYAMOND: The DYnamics of the Atmospheric general circulation Modeled On Non-hydrostatic Domains
  • Bjorn STEVENS, Claudia ACQUISTAPACE, Akio HANSEN, Rieke HEINZE, Caroli ...
    2020 年 98 巻 2 号 p. 395-435
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/08
    [早期公開] 公開日: 2020/01/28
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    More than one hundred days were simulated over very large domains with fine (0.156 km to 2.5 km) grid spacing for realistic conditions to test the hypothesis that storm (kilometer) and large-eddy (hectometer) resolving simulations would provide an improved representation of clouds and precipitation in atmospheric simulations. At scales that resolve convective storms (storm-resolving for short), the vertical velocity variance becomes resolved and a better physical basis is achieved for representing clouds and precipitation. Similarly to past studies we found an improved representation of precipitation at kilometer scales, as compared to models with parameterized convection. The main precipitation features (location, diurnal cycle and spatial propagation) are well captured already at kilometer scales, and refining resolution to hectometer scales does not substantially change the simulations in these respects. It does, however, lead to a reduction in the precipitation on the time-scales considered – most notably over the ocean in the tropics. Changes in the distribution of precipitation, with less frequent extremes are also found in simulations incorporating hectometer scales. Hectometer scales appear to be more important for the representation of clouds, and make it possible to capture many important aspects of the cloud field, from the vertical distribution of cloud cover, to the distribution of cloud sizes, and to the diel (daily) cycle. Qualitative improvements, particularly in the ability to differentiate cumulus from stratiform clouds, are seen when one reduces the grid spacing from kilometer to hectometer scales. At the hectometer scale new challenges arise, but the similarity of observed and simulated scales, and the more direct connection between the circulation and the unconstrained degrees of freedom make these challenges less daunting. This quality, combined with already improved simulation as compared to more parameterized models, underpins our conviction that the use and further development of storm-resolving models offers exciting opportunities for advancing understanding of climate and climate change.

    Editor's pick

    Stevens et al. (2020): The above paper was chosen as a JMSJ Editor's Highlight. (5 Mar. 2020)
    Description of the paper

Articles
  • 宮本 佳明, 西澤 誠也, 富田 浩文
    2020 年 98 巻 2 号 p. 437-453
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/08
    [早期公開] 公開日: 2020/02/06
    ジャーナル オープンアクセス HTML
     湿潤Rayleigh対流に対する雲凝結核の数濃度(CCN)及び他の熱力学変数の影響を調べた。この目的のため、二次元のブジネスク流体に相変化・降水過程を含む一連の雲物理を解く数値モデルを構築した 。実験の結果、CCN数の影響は、計算の最初に出現する対流にのみ現れ、そのあとの準定常状態では影響が少ないことが示された。これは、最初に現れる対流は、パーセル理論のように背景の循環に支配される対流ではなく、一方で準定常状態になると不安定成層が作る循環に伴う対流になると考えられる。
     先行研究で見られたように、雲物理を含むことで運動エネルギーが減少し、上昇流と下降流の間隔が広がることが示された。 この結果はCCN数には依存しない。運動エネルギーの減少は、上層で凝結・下層で蒸発が生じることで流体が静的に安定化したためと考えられる。
     底面の温度・温度勾配・水蒸気混合比・CCNを系統的に変化させた実験を行った結果、温度勾配が大きいほど雲物理の影響は顕著になり、過飽和度が上がるほど対流セルの数が減少した。
Notes and Correspondence
  • Le DUC, 斉藤 和雄, 堀田 大介
    2020 年 98 巻 2 号 p. 455-462
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/08
    [早期公開] 公開日: 2020/01/16
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     アンサンブル変換カルマンフィルタ(ETKF)では第一推定値の摂動を線形変換することで解析値の摂動を生成する。この線形変換を表現する行列をアンサンブル変換行列(ETM)と呼ぶ。全ての妥当なETMはアンサンブル空間における解析誤差共分散の行列平方根でかつアンサンブル平均を保存するものである必要があり、ETKFではETMとして正定値対称平方根(主平方根)Tsを用いる。この選択は、Tsが全ての妥当なETMの中で恒等行列Iとの差のフロベニウスノルムが最小のものであるという性質から正当化される。このノルム最小性とは別に、Tsにはその対角成分の大きさが非対角成分と比べ1桁以上大きいという性質(対角成分卓越性と呼ぶ)があるが、これまで経験的にしか知られていなかった。 本稿ではTsの対角成分卓越性を説明するためにまずTsのノルム最小性の厳密な証明を与える。この性質はETKFにおけるETMの選び方に正当性を与える重要な性質であるが、これまでデータ同化研究の文脈では厳密な証明が与えられていなかった。次に、この証明における議論をスカラー行列全体(Iの任意の定数倍)に拡張することで、Tsがスカラー行列Dと密行列Pの和に分解できDPのフロベニウスノルムがそれぞれTsの固有値の平均と標準偏差に比例することを示す。これらのノルムは通常、大きく異なることはないが、Pの非零要素の数がメンバー数の2乗に比例するのに対し、Dのそれはメンバー数だけであることから、PDの各要素の大きさに大きな差が生じる。対角成分卓越性は経験的な性質であり全てのTsが自動的にもつ数学的な性質ではない。対角成分卓越性を満たさないTsは存在しうるが、そのためには観測空間のすべてのモードで背景誤差が観測誤差より2桁以上大きいという非現実的な条件が必要となるため、実用上、対角成分卓越性を満たさないTsはほとんど発現しない。
Notes and Correspondence: Special Edition on Years of the Maritime Continent (YMC)
  • 耿 驃, 勝俣 昌己, 谷口 京子
    2020 年 98 巻 2 号 p. 463-480
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/05/02
    [早期公開] 公開日: 2020/02/06
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     スマトラ南西部沿岸域における日周期降水に対する混合ロスビー重力波(MRGW)の影響について、海大陸研究強化年(YMC)パイロット集中観測期間中の例を解析した。使用データは、2015年11月24日から12月13日にかけて研究船「みらい」により南緯4.1度、東経101.9度で観測された海上気象、ラジオゾンデ、Cバンド偏波レーダーのデータと全球客観解析データである。日降水量と風の場は対応しつつ数日の周期で変動していた。風の場の変動は観測サイトを通過したMRGWに対応しており、MRGWに伴う陸風偏差(海風偏差)が観測サイトの上空で支配的な時、陸上と海上における日周期降水活動と降水量が大幅に強化 (抑制)されていた。また、MRGWに伴う陸風偏差の卓越期間中には、大規模な下層収束・上層発散、より強い海風及び冷たい陸風が観測された。一方、MRGWに関連した風況にかかわらず、降水の日周期は類似した位相と伝播パターンを持ち、規則的に発達・衰退する海陸風循環を伴っていた。解析結果は、海と陸のコントラストによる局地収束が日降水サイクルそのものを引き起こす一方、MRGWが大規模な環境場と局地的な海陸風循環の強度を変動させて日周期対流と降水の振幅に大きな影響を及ぼすことを示唆している。
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