Kooiti Masuda, Panduka Neluwala, Kinya Toride, Kei Yoshimura, Hidenori Tanaka, Sho Miyazaki, Satoshi Nozawa, Mika Ichino, Yu Okubo, Junpei Hirano
増田 耕一(1)、Panduka Neluwala (2)、取出 欣也(4,3)、芳村 圭(3)、田中 秀憲(5)、宮崎 将(5)、野澤 恵(5)、市野 美夏(6)、大久保 優(7,8)、平野 淳平(7)
補足情報が [ここ]にあります。
気象の機器観測が始まる前の天気・天候・気候に関する情報源としては、木の年輪などの自然物の情報とともに、人の書いた記録がある。とくに日本には毎日の天気の情報をふくむ日記が多数あり、時間分解能の高い気候情報を得られる可能性がある。
物理法則にもとづく数値天気予報モデルと統計手法を組み合わせた気象データ同化技術を利用して、リアルタイムの天気予報のほかに、過去にさかのぼっ たデータセットをつくる「再解析」がおこなわれている。芳村は約千年間にわたる気候再解析を構想している。まず大気海洋結合モデルで年単位の時間分解能を もつ自然物の同位体などの情報を同化して海面水温を推定し、さらに大気モデルで日単位の時間分解能をもつ日記天候記録などを同化する。本研究はその後者の 部分のための技法を、機器観測のある期間のデータを使って検証することを意図したものである。
大気モデルとしてはNCEP GSM (Global Spectral Model)の2004年まで季節予報に使われていたバージョンを用いる。水平分解能は「T62」、格子間隔として約200 kmである。同化スキームとしてはMiyoshi (2011)にしたがってLETKF (local ensemble transform Kalman filter)を用いる。LETKFのアンサンブルのメンバー数は30である。境界条件として与える海面水温はNOAA OISSTの月平均値を日単位に時間内挿したものである。 対象期間は1995年1月1日から12月31日までとした。
日記天候記録に相当する天気の情報は、気象庁の観測所(気象台・測候所など)での「天気概況」を用いる。GSMの升目ごとに1点の空間密度になるように18地点を選んだ。
昼間の天気概況を、3つのカテゴリー (晴れ、くもり、雨・雪)に分類し、市野ほか(2001, 2018)の方法にしたがって日単位の地表面での下向き短波放射フラックスに変換し、6時間ごとに配分して観測値として同化システムに与える。また、降水 がないと判断された日・地点について、降水量の観測値としてゼロを与える。この発表ではこれを「天気同化実験」と呼ぶ。比較対照として観測値を与えない同 化実験をおこなった。ここでは「観測なし実験」と呼ぶ。
同化結果のうち、ここでは海面気圧の分布に注目した。地上天気図として、日本気象協会の『気象年鑑 1996』に収録された日々の天気図を使う。これは気象庁の00 UTC (日本時間9時)地上天気図を簡略化したものである。 毎日 00 UTCのJRA-55 (Kobayashi et al., 2015) の緯度経度1.25度格子地表面解析の海面気圧、 天気同化実験および観測なし実験の緯度経度2.5度格子の海面気圧について、天気図と同様に4 hPa間隔で等値線をひいて、 日本の四大島付近(上図に青で示した範囲)に低気圧の発達が見られるかを(主観的に)判定した。また、日々の天気図にもとづいて、 気象場の型を(主観的に)判定した。
結果の例として1995年10月24〜26日の場を示す。
24日には日本海西部に温帯低気圧が存在するが、天気同化実験には対応するものがなく、観測なし実験と同様に日本東方に鞍部をもつ気圧場となってい る。25日には北海道に温帯低気圧があり、天気同化実験でも500 kmほど東にずれるが低気圧が現われている。これは24日に日本のほとんどの地点で天気が雨であったという観測値を反映したものであろう。26日には温帯 低気圧はさらに発達して東に進んだが、天気同化実験での低気圧は弱まってしまった。天気同化実験で25日に現われた低気圧はモデル内で自発的に発達する構 造をもっていなかったと思われる。
気象場の型ごとの低気圧の出現の件数はつぎのようになった。
| 気象場の型→ | 移動性高気圧 | 温帯低気圧 | 停滞前線 | 大陸の高気圧の 張り出し |
亜熱帯高気圧の 張り出し (夏型) |
熱帯低気圧 | 西高東低 (冬型) | 未分類 | 合計 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| JRA-55の低気圧件数 | 13 | 98 | 22 | 2 | 2 | 2 | 36 | 29 | 204 |
| 天気同化実験の低気圧件数 | 13 | 37 | 11 | 2 | 1 | 0 | 30 | 17 | 111 |
| JRA・天気同化実験ともに低気圧件数 | 8 | 34 | 6 | 1 | 0 | 0 | 19 | 14 | 82 |
| JRA-55 低気圧出現 / 気象場の型出現 (%) | 18.3 | 89.9 | 47.8 | 22.2 | 18.2 | 50.0 | 59.0 | 53.7 | 55.9 |
| 天気同化実験 低気圧出現 / 気象場の型出現 (%) | 18.3 | 33.9 | 23.9 | 22.2 | 9.1 | 0.0 | 49.2 | 31.5 | 30.4 |
| 天気同化実験 低気圧出現 / JRA 低気圧出現 (%) | 61.5 | 34.7 | 27.3 | 50.0 | 0.0 | 0.0 | 52.8 | 48.3 | 40.2 |
温帯低気圧型の気象場のもとで、天気同化実験で低気圧が表現できたのはJRA-55で低気圧が見られた日のうち約3分の1だった。しかも、このよう な集計で成功に見えても低気圧の地理的な位置がちがうことがある。とくに10-11月には同化結果の気圧分布上に示したように鞍部をもつものになりやす く、実際に低気圧が日本海や日本列島上にあっても同化結果では日本南方または北東方の気圧の谷が強まる形になりがちである。
前線型としたのは梅雨前線などの停滞前線である。梅雨前線上の低気圧は温帯低気圧よりも再現困難であることは予想どおりである。梅雨前線帯全体がお おまかに低圧部にはなるが、気圧の尾根がその南にある形(現実に近い)とその北にある形(現実とはちがう)の両方が出現する。1995年は8月上旬に北海 道から東北に前線が停滞したが、天気同化実験ではそこに低気圧や前線が現われないだけでなく、そこが東西にのびる気圧の尾根になってしまい、実際とは大き くちがう気圧配置になった。
天気を、日射量および降水の有無の情報として、格子間隔 200 km 程度のモデルによるデータ同化にとりこむもとにより、条件がよければ、温帯低気圧 (およそ 1000 km以上の空間規模をもつ気象擾乱) の存在を再現することができる。その条件については、まだ検討が必要だが、ひとつは観測値があたえられる位置と低気圧の位置との関係、もうひとつには同化 に使われた気象モデルが観測値なしでもとりやすい気圧配置との関係が重要と思われる。