2013年1月14日の南岸低気圧の 発生・発達過程 シミュレートされた 水物質の混合比 （2013年1月14日9時） 東京大学大気海洋研究所 渡邉俊一・新野宏 2015年8月10日 「南岸低気圧とそれに伴う気象・雪氷災害に関する研究会」 2013年1月14日の低気圧 低気圧経路 低気圧中心気圧 最低気圧 932hPa 発達率最大 ε=3.4 1020 1000 980 15/12 14/12 15/00 14/00 13/00 13/12 960 940 920 関東で降水 関東で降雪 900 中心気圧 発達率 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 GSMより • 関東地方に降雪 – 東京8cm 横浜13cm 24時間で49hPa 気圧低下 大きな発達率が長時間継続 発達率 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 13/00UTC UL2 1 中心気圧 1000 発達率 980 960 940 920 900 PVU 12 06 15/00 18 12 06 14/00 18 12 06 13/00 UL1 0 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 13/06UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 13/12UTC 1000 10 中心気圧 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 920 3 2 1 900 13/0006 12 PVU 0 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 13/18UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 14/00UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 14/06UTC 1000 10 中心気圧 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 920 3 2 1 900 13/0006 12 1814/0006 PVU 0 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 14/12UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 発達率最大 ε=3.4 940 5 4 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 14/18UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 15/00UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 15/06UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 上層のトラフ 1020 300hPa渦位場（PVU）・500hPa高度場 海面気圧 15/12UTC 10 中心気圧 1000 発達率 980 9 8 7 6 960 5 4 940 3 2 920 1 PVU 06 12 18 15/00 06 12 12 18 14/00 0 13/00 06 900 大量の水蒸気 可降水量(mm) 水蒸気フラックス(kg m s-1) 13/00UTC 大量の水蒸気 可降水量＞50mm 凝結熱 大量の水蒸気 可降水量(mm) 水蒸気フラックス(kg m s-1) 14/00UTC 大量の水蒸気 可降水量＞50mm 凝結熱 NHMによるシミュレーション 使用モデル 気象庁非静力学モデル (JMA-NHM) 初期値・境界値 GSM 計算領域 鉛直 右図 20m~22.1km 水平解像度 鉛直解像度 10km 40m~1180m（可変） 計算開始時間 2013年1月13日00UTC 計算時間 60時間 雲物理 ２モーメントバルク法 雲水・雨・雲氷・雪・霰の混合比 雲氷の数濃度 積雲パラメタリ ゼーション Kain-Fritsch スキーム 乱流クロージャー モデル MYNN（Level3） SST(JRA-25) ℃ 中心気圧時系列 低気圧経路 GSM NHM 中心気圧 1020 GSM NHM 1000 980 960 940 37hPa 気圧低下 920 12 06 15/00 18 12 06 14/00 18 この実験を標準実験として 感度実験を行う 13/12 900 感度実験の設定 実験名 CNTL 設定 標準実験 DRY_1300 13日00UTC以降水蒸気なし DRY_1400 14日00UTC以降水蒸気なし ULPV1R_1300 UL1 を初期値13日00UTCから取り除く ULPV2R_1300 UL2 を初期値13日00UTCから取り除く 上層トラフに対する感度実験 1. 2. 3. 領域内の500hPaより上層のPVアノマリーがつくる循環・温位アノマリーを計算 （Piecewise PV inversion; Davis and Emanuel 1991） アノマリーを初期値・境界値から取り除く シミュレーションを実行 PV@300hPa UL2 UL1 海面気圧 上層トラフに対する感度実験 1. 2. 3. 領域内の500hPaより上層のPVアノマリーがつくる循環・温位アノマリーを計算 （Piecewise PV inversion; Davis and Emanuel 1991） アノマリーを初期値・境界値から取り除く シミュレーションを実行 PV@300hPa UL2 海面気圧差 ULPV1R 上層トラフに対する感度実験 1. 2. 3. 領域内の500hPaより上層のPVアノマリーがつくる循環・温位アノマリーを計算 （Piecewise PV inversion; Davis and Emanuel 1991） アノマリーを初期値・境界値から取り除く シミュレーションを実行 PV@300hPa UL2 UL1 海面気圧 上層トラフに対する感度実験 1. 2. 3. 領域内の500hPaより上層のPVアノマリーがつくる循環・温位アノマリーを計算 （Piecewise PV inversion; Davis and Emanuel 1991） アノマリーを初期値・境界値から取り除く シミュレーションを実行 PV@300hPa 海面気圧差 UL1 ULPV2R 感度実験 凝結熱 or UL1なしでは低気圧が発生・発達しない 1020 1010 中心気圧 (hPa) 1000 990 980 970 960 950 940 930 CNTL DRY_1300 DRY_1400 ULPV1R_1300 ULPV2R_1300 GANAL 凝結熱・UL1両方がないと 920 13/00 06 12 18 14/00 06 12 18 15/00 06 発生・発達しないのはなぜ？ Time (UTC) 12 Piecewise PV inversion (Davis and Emanuel 1991) 各PVアノマリーによる925hPa 高度偏差（m）14日00UTC 低気圧中心の高度偏差 上層 UL1・UL2 中層 凝結熱 −39.6 m −169.6 m 下層 温位 低気圧の高度偏差に対する寄与 中層 下層 温位 ＞ 上層 −142.1 m 下層温位アノマリーの形成要因 各PVアノマリーによる963hPa 南北風（m s-1）13日12UTC 太線：温位アノマリー > +5K 上層 UL1 中層 凝結熱 温位移流 0.40 K/hour 下層 温位 温位移流 0.22 K/hour 下層温位アノマリー形成への寄与 中層 ＞ 上層 温位移流 0.10 K/hour 上層渦位アノマリーの役割 渦位・渦位生成平均 1000-500 hPa 0.03 0.3 Potential vorticity (PVU) 0.25 ULPV1R_1300 渦位 0.02 0.2 0.15 0.025 渦位生成 0.015 0.1 0.01 0.05 0.005 Potential vorticity generation (PVU/hour) CNTL 標準実験ではより多くの渦位が生成 0 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 強い中層の渦位アノマリー Forecast time (hours) 上層渦位アノマリーの役割 700hPa 高度場（緑）・Q-ベクトル Q-ベクトル収束・発散（色） 13日00UTC 2 ⋅ ≡ , ⋅ , UL1R_1300 標準実験 上昇流 下降流 強い降水域 強い降水域 UL1によって強制された上昇流が 対流を強化 ⋅ まとめ（発達前半） PV 水蒸気 温位 偏差 T−∆T T T+ ∆T 冷 暖 1. 湿潤な下層傾圧帯に上層トラフが西から接近 2. トラフの全面で上昇流を誘起 3. 凝結熱によって対流圏中層にPVが生成 4. 中層のPVによる循環で暖気移流・地表温位偏差の形成 5. 中層のPV + 地表温位偏差による低気圧性循環 2014年2月の事例 凝結熱なしでは低気圧が発生・発達しない 2月7日0000UTC 2月13日0000UTC 850hPa 鉛直p-速度(色; Pa s-1）、300hPa渦位・500hPa高度 上層高渦位域の接近で対流が強化 → 低気圧発生
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