集中豪雨 観測と予測

集中豪雨

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/11/28 03:39 UTC 版)

観測と予測

観測

XバンドMPレーダー解析雨量で見る線状降水帯。2017年7月18日、新潟県

集中豪雨を実際に観測する方法は主に気象レーダー雨量計。レーダーは雨雲や降水強度の空間的分布を細密に観測できる半面、帯域にっては強雨時に減衰が強いため観測範囲が狭くなってしまったり、従来の非偏波レーダーは小さい雨滴が高密度で存在すると、強度を過大評価してしまうなどの欠点がある。一方雨量計は、レーダーに比べると正確な値が得られる半面、設置箇所が限られ空間的な把握には弱いという欠点がある。この2つの観測方法の欠点を補うため、レーダーと雨量計の観測データを統合解析する方法がある[20]

日本では気象庁がこの方法を用いて解析雨量を求め、さらに高層観測による上空の気流のデータを加味して数値予報モデルで雨域移動の予測を行い、降水短時間予報高解像度降水ナウキャストを発表している。高解像度降水ナウキャストは、従前の降水ナウキャストの16倍にあたる250 m分解能・5分間隔の分布情報で、降雨時にパソコンやスマートフォンなどで逐次情報確認することを想定して2014年に開始した。両情報に用いるデータの内訳は、国内約1,300か所のアメダスに加えて、国土交通省や各都道府県などが設置している数千か所、合計約9,000か所(2009年時点)の雨量計、そして気象庁の20基(Cバンド、2022年時点)および国土交通省の65基(Cバンド・Xバンド、2021年時点)のレーダー。日本で遍く全国をカバーする気象レーダー網はこの2つである[20][5][46][47][48]

気象庁のレーダー網は、2022年時点でドップラー・レーダーと二重偏波ドップラーレーダーの2種(いずれもCバンド)。2010年代までは降水強度のみを観測するCバンド降雨レーダーだったが、2013年までに降水強度の分布と降水域の風の両方の観測に適したデュアル・ドップラー・レーダーに更新して集中豪雨の観測に対応した[47]

国土交通省のレーダー網は、CバンドレーダーとXバンドMPレーダー(二重偏波ドップラーレーダー)の2種。Xバンドは定量観測範囲(降雨減衰を受けない信頼できる値が期待できる観測半径)が60 kmとCバンドの120 kmより狭い。しかし、分解能は250 m(地図上で雨の強度を表現する格子の細かさ)でCバンドにおける分解能1 kmの16倍相当ときめ細かい。またCバンドは5分間隔であるのに対して1分程度の高頻度観測が実現でき、さらにコヒーレント二重偏波を用いて雨滴の大きさによる誤差を除去し雨量計補正を不要としている。これにより、Cバンドでは難があった、個々の積乱雲による局地的で短時間の強い雨を迅速に観測する技術が向上した。気象庁の降水ナウキャストに観測データが活用されているほか、国土交通省独自でも解析雨量を作成し、試験運用段階からウェブサイトで公開、2017年から本運用している。現在は「川の防災情報」内でXRAINとして公開されている[48][49][50]

このほか、2000年代から都道府県・市単位での高密度観測に適したXバンド降雨レーダーが都市部で主に下水処理管制の目的で運用されている(東京都下水道局の「東京アメッシュ」、大阪市建設局の「オークレーダ」など)。研究用では、雲の観測に適したKaバンド降雨レーダーやWバンド降雨レーダー(雲レーダー)も運用されている[20]

衛星画像においては、集中豪雨域に白く輝き先端の尖った逆三角形の雲が現れる事がある。これをテーパリングクラウド(にんじん状雲)と呼ぶことがあり、先端部では集中豪雨になる事が知られている[25]。この雲はバックアンドサイドビルディング型のものによく出現する[51]。ただし、気象衛星の観測は30分や1時間間隔であり、集中豪雨の迅速な予測には向いていない。

事前予測・発達予測

気象庁の予報業務では、数値予報プロダクトや観測データなどを総合して予報官が予報の如何を判断する。また気象庁本庁の気象監視・警報センターは急速な積乱雲発達などを常時監視するとともに、数時間から半日先の短時間強雨や雷雨・突風等の発生リスクをシビアストーム情報として各気象台に通知している。積乱雲が発生する前の段階における、大雨に関する具体的情報としては、早期注意情報(警報級の可能性、概ね前日で最大5日前)や大雨注意報・警報の発表(概ね6時間前)、大雨に関する気象情報等とその文中で示される雨量予測がある[52]

数値予報による予測のしやすさについて、集中豪雨発生時の主な総観規模の環境場(地上天気図に表現される要因)の中でも、総観規模の擾乱と直接結びつくような低気圧の中心付近、寒冷前線や停滞(梅雨・秋雨)前線の本体前線上に発生するものは予測しやすい一方、総観規模の擾乱と直接結びつかない停滞前線の南方に発生するもの、台風に伴う南・南東の暖湿流をきっかけに発生するものは予測しにくい[53]

数値予報モデルの解像度はまだ、積乱雲の挙動を現実と対応良く表現できるほど高くない。また予測精度向上につながる水蒸気分布のデータが不十分で、線状降水帯の発生機構にも未だ解明していくべきところがあるとされる[54]

気象庁は線状降水帯の予測情報の発表を2022年6月1日から開始している。現段階では半日程度前、地方予報区(複数府県)単位、捕捉率・的中率ともに高くないが、今後予測技術向上により、2024年に県単位・2029年に市町村単位に精度を上げる見込み。また目標として、2023年度に新たに線状降水帯の雨域の面的予測を発生30分前に行い、2026年にはそれを2-3時間前に拡充することを検討している[55][56]。そのために、予報モデルの開発改良、集中的な気象観測船洋上観測実施、レーダー偏波パラメータ利用の検討、アメダスへの湿度計設置、次期ひまわり10号への赤外サウンダー搭載の検討などが行われている[57]

マルチパラメータ・フェーズドアレイレーダー (MP-PAWR)は毎回のスキャン時間30秒で雲の3次元構造と降水分布を観測するもので、積乱雲の急速な発達の様相を捉えることが期待されている。内閣府の戦略的イノベーション創造プログラム (SIP)第1期に選定された豪雨・竜巻予測の一環として開発され、2017年から試験が行われた(2019年3月終了)。また、同プログラム第2期でも線状降水帯観測・予測システム開発が選定されている[58][59][60]。他方、民間気象会社でも早期予測が試みられている。ウェザーニューズは会員を対象とする気象状況・写真の報告スキームと雷雨発生を通知するメール配信を2008年に開始、2022年には自社アルゴリズムにユーザーからの天気報告による補正を加えて雷雨の発生リスクを地図メッシュに3段階で表現し36時間先までの予測を提供するゲリラ雷雨レーダーとなっている[61]


注釈

  1. ^ 平成20年8月末豪雨2008年夏の局地的荒天続発を参照。
  2. ^ 例えば、Battan and Theiss(1966)はアメリカ西部で発生した積乱雲の鉛直ドップラー・レーダー解析から、最盛期には対流圏上層で20メートル毎秒(m/s)という地上の強風に匹敵する上昇流を観測したと報告している。
  3. ^ 冬の日本海側でこのような雨が断続的に続くものはしぐれと呼び分ける場合もある。
  4. ^ 地表の摩擦の影響を受ける地上付近の風に対して、摩擦の影響が少なく大局的な気圧配置の影響に支配される上空の風を一般風という。
  5. ^ 鉛直方向のシアーが強いということは地上付近と上空の風向が異なる事を意味する。積乱雲が発生するためには地上付近に暖かく湿った空気の流れがあって、かつ大気が不安定であることが必要である。大気が不安定になるためには、気温や湿度(水蒸気量)の差が大きくならなければならない。地上から上空まで同じ風向では、地上も上空も暖かく湿った空気が占めてしまい、不安定度はあまり大きくない。一方風向が異なると、例えば地上は暖かく湿った空気、上空は冷たく乾燥した空気という構造で不安定度が大きくなり、積乱雲が発達する。
  6. ^ 積乱雲の成熟期や衰退期には、氷晶・雨粒が空気を押し下げるとともに空気から昇華熱・気化熱を奪い、冷たい下降気流を生み出す。これを冷気外出流(cold outflow)といい、この強いものをダウンバースト、持続性のものをガストフロントという。冷気外出流は寒冷前線と同様に地面を這うように周囲に広がるため、そこにある暖気を押し上げて強制的に上昇気流を作り、雲を生む。
  7. ^ 「積乱雲が発生しやすい」とは、自由対流高度(LFC、積乱雲が外部からの上昇気流ではなく自身の浮力で発達し始める高度)が低く、通常より弱い上昇気流で積乱雲が発生することを意味する。また「積乱雲が発達しやすい」とは、中立高度(LNB、積乱雲が浮力を失い発達が弱まる高度)が高く、通常より大きなエネルギーで積乱雲が発達する事を意味する。
  8. ^ 暖湿流の流入と同様に、中立高度(LNB)が高くなって積乱雲が発達しやすくなる。また、潜在不安定が発達する場合があり、その時には通常より弱い上昇気流で積乱雲が発生するため、積乱雲が発生しやすくなる。
  9. ^ メソスケールの場合もある。
  10. ^ アメリカでは、下層への暖湿移流と中層への寒気移流が重なるものをdifferential advectionといい、雷雨の典型的なパターンとされている。
  11. ^ 特別警報の基準値には、数十年に一度の大雨に相当する値として過去の災害を参考に設定した土壌雨量指数・表面雨量指数・流域雨量指数を用いる。なお、2022年6月までは50年に1度の値を予め算出して用いていた[72]ため「50年に1度の大雨」という表現がしばしば用いられた。

出典

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