Understanding the role of hailstones in severe storms by the combined use of satellite observations and high-resolution atmospheric simulations

结合使用卫星观测和高分辨率大气模拟来了解冰雹在严重风暴中的作用

基本信息

批准号：
21K03674
负责人：
清木達也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は衛星観測データを集めるとともに、雹を予測した全球シミュレーション結果の解析を実施した。昨年度から引き続き実施している数値シミュレーションには雹を形成している衝突成長メカニズムに問題があることが分かり、本年度は衝突成長の改善を実施した。まず初めに、雹の予測を行った全球シミュレーション結果(EXPhail)と、雹を予測しない全球シミュレーション結果を比較したところ(EXPCTL)、EXPhailではより強度が非常に高い豪雨の頻度が増えることが確認された。このことから、極端現象と呼ばれるような豪雨を再現するためには、雹の予測が効果的であることが示唆される。ただし、そのような豪雨の頻度は非常に少なく、全球実験を行うことでようやく統計的なふるまいを理解することが可能であった。数値モデルの雹の特性を詳細に調べるため、衛星降雨レーダー観測とEXPhail実験の衛星シミュレータ結果の比較を実施した。結果、EXPhailの雪の粒子サイズが小さく、あられや雹といった高密度の粒子もサイズが小さくなっていることが分かった。このことから、シミュレーションが表現している雹は、人間社会に被害をもたらすような大きな氷の塊とは異なり、小さな氷粒になってしまっている問題点が浮き彫りになった。雹は雨の凍結と、凍結粒子と雨の衝突によって成長していることが知られている。つまり、モデル内では、凍結粒子が小さく、それと衝突する水粒子もまた小さいということが考えられる。そこで、小さな粒子の衝突を阻害し、選択的に大きな粒子から雹を形成する物理過程「衝突・固着効率」の理論モデルを導入した。次年度以降、このモデリングによって雹の形成をより現実的に評価することを検討している。

今年，我们收集了卫星观测数据并分析了全球冰雹预测模拟结果。去年以来进行的数值模拟中发现形成冰雹的碰撞生长机制存在问题，今年对碰撞生长进行了改进。首先，我们将预测冰雹的全球模拟结果（EXPhail）与未预测冰雹的全球模拟结果（EXPCTL）进行了比较，确认了EXPhail Ta中特强暴雨的频率增加。这表明冰雹预测对于再现所谓的极端事件的暴雨事件是有效的。然而，这种暴雨的频率极低，只有通过进行全球实验才能了解统计行为。为了详细研究数值模型的冰雹特征，我们比较了 EXPhail 实验的卫星降雨雷达观测结果和卫星模拟器结果。结果显示，EXPhail的雪颗粒尺寸较小，冰雹、冰雹等致密颗粒尺寸也较小。这凸显了一个问题，即模拟中代表的冰雹是小冰粒，而不是对人类社会造成损害的大块冰。众所周知，冰雹的形成是由于雨水冻结以及冻结颗粒与雨水的碰撞。换句话说，在模型中，冻结的颗粒很小，与它们碰撞的水颗粒也很小。因此，我们引入了“碰撞和粘附效率”的理论模型，这是一种抑制小颗粒碰撞并选择性地从较大颗粒形成冰雹的物理过程。从明年开始，我们正在考虑使用该模型来更现实地评估冰雹的形成。