Development of self-organization model and verification of forecast accuracy of Baiu heavy rainfall systems based on the randomness of water content

基于含水量随机性的Baiu暴雨系统自组织模型建立及预报精度验证

• 批准号: 22KJ1845
• 负责人: 大野 哲之
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1845/
• 关键词: 線状対流系; マルチフラクタル; 水蒸気フラックス; 乱流運動エネルギー; Xバンド偏波レーダ; 氷相降水粒子; 雲解像モデル; 線状対流系; マルチフラクタル; 水蒸気フラックス; 乱流運動エネルギー; Xバンド偏波レーダ; 氷相降水粒子; 雲解像モデル

本年度は線状対流系の組織化過程におけるマルチフラクタル性の時間変化とその物理的なメカニズムの関連性について解析を行った．雲解像モデルによる2012年7月亀岡豪雨の再現実験を対象にマルチフラクタル解析を行った結果，水蒸気フラックスは豪雨開始直前から開始後にかけてマルチフラクタル性が強まることが示された．頻度分布の時間変化を考慮すると，対流系の形成と同時に下層の水蒸気フラックスが増大していることとマルチフラクタル的な変化が対応していることが示唆された．また乱流運動エネルギーは，豪雨開始直後に強いマルチフラクタル性を示した．一方で，帯状の降水域が形成される前から時間的に準定常的な状態が維持されることが示された．さらに，対流系が持続的に発生する時間帯において，乱流運動エネルギー生成に関わる浮力項が下層で明瞭なピークを持っていた．水蒸気フラックスが増大することで下層の対流不安定性が強まり，持続的に対流が発生しやすい場が維持されていたことを示唆するものと考えられる．さらに国土交通省管轄のXバンド偏波レーダ観測網XRAINの観測データを持ちいて氷相降水粒子分布を推定し，そのマルチフラクタル性の時間変化を解析した．質量の大きい粒子であるあられについて，帯状の降水域が拡大するとともにマルチフラクタル性が弱まることが示された．この原因は対流に伴い下層の湿潤空気や過冷却雲粒が上層に輸送され，質量の大きいあられ等が生成される領域が拡大することが考えられる．降水粒子の質量には一定程度の上限があるため，対流系が発達した後の氷相高水位粒子分布では粒径分布が概ね一定に保たれることでスケーリング性に差異が少ない(マルチフラクタル性が弱い)状態が保たれたことが示唆された．線状対流系とは異なる環境場で発生するマルチセルとの比較から，マルチフラクタル解析が線状対流系発生の早期探知手法への応用可能性が示された．

今年，我们分析了线性对流系统的组织过程中的多种纹理时间变化及其物理机制之间的关系。在2012年7月，使用云分辨率模型对Kameoka大雨的重现实验进行了多重分析分析，并显示出水蒸气通量的多重纹理从大雨开始之前就增加到雨水开始后。考虑到频率分布的时间变化，建议下层的水蒸气通量在形成对流系统的同时增加，并且多重法变化相互对应。此外，大雨开始后立即表现出湍流的动能。另一方面，已经表明，即使在形成皮带状的降水区域之前，准稳态状态也会及时保持。此外，在对流系统不断发生时，涉及湍流动能的浮力项在下层中具有明显的峰值。水蒸气通量增加会增加下层的对流不稳定性，这表明可能不断发生对流的场。此外，我们使用了Xrain的观察数据，Xrain是X频段极化雷达观察网络，在土地，基础设施，运输和旅游部的管辖下，估计冰相降水颗粒的分布，并分析其综合性的时间变化。已经表明，冰雹的多纹状体是一个大质量粒子，它扩大了带状降水区并削弱了多种纹理。这被认为是归因于对流的，下层的潮湿空气和超冷的云颗粒被运输到上层，从而导致产生冰雹和其他大肿块的扩大区域。由于沉淀颗粒的质量有一定的上限，因此建议在对流系统开发后的冰期高水位颗粒分布中，粒度分布通常保持恒定，从而导致可伸缩性差异很小（弱多重差异）。与线性对流系统不同的环境领域中发生的多细胞的比较表明，将多性分析分析应用于线性对流系统的早期检测方法的可能性。