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気象研究所研究開発課題評価報告

顕著現象監視予測技術の高度化に関する研究

事前評価

評価年月日:平成25年10月21日
  • 副課題1 診断的予測技術に関する研究
  • 副課題2 監視・予測技術改善のための研究・開発
  • 副課題3 次世代観測システム構築に向けた研究

事前評価の総合所見

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1.研究の目的

局地的大雨・集中豪雨や竜巻等の突風など甚大な災害に直結する顕著現象の監視予測技術の高度化により、国民の安心・安全への貢献を目指す。また、次世代の気象監視予測をになう観測システム構築に資する技術を開発する。

2.研究の背景・意義

(社会的背景・必要性)

最近頻発している局地的大雨や竜巻など、災害をもたらす顕著現象に関わる知見の蓄積、監視予測技術の高度化を図る必要がある。平成24年5月につくば市で発生した竜巻災害を受けて内閣府に竜巻等突風対策局長級会議が設置され、その下に設けられた竜巻等突風予測情報改善検討会でも、竜巻に関する研究開発の重要性が提言された。本計画の課題は、科学技術イノベーション総合戦略の「世界に先駆けた次世代インフラの整備」の中の一つとして採択されており、社会的関心はきわめて高い。このような中、気象庁の研究機関として、これら顕著現象に関わる知見を深め、監視予測技術の向上に貢献することはきわめて重要である。

(学術的背景・意義)

局地的大雨や竜巻、雷など急発達する積乱雲に伴う気象現象についは、基本的な観測データが不足しており、そのメカニズムが充分解明されていない。これらについて、最先端の観測技術を駆使し、また統計的解析を通じて現象解明に取り組むことは、気象学の発展に大きく寄与する。さらに、観測・予測の先端技術の他分野への応用まで含めて考えると、今後の地球科学全体の発展に寄与する可能性がある。

(気象業務での意義)

予報業務における予報担当者の迅速・適切な予警報発表に欠かせない診断的予測技術を高めるには、顕著現象に関わる知見の蓄積や発展メカニズムの理解、その活用法の考案を深めることが必要である。また、急発達する気象現象の発達初期の過程を少しでも早く、かつ詳細にとらえ、監視・予測技術の向上を図ることが重要である。予報精度向上の観点からは、地表付近の水蒸気量の把握についての研究開発が喫緊の課題である。また、次世代観測網の構築においては、次期静止気象衛星ひまわり8,9号の活用を含め、有効に観測業務を遂行するための方策を探ることが不可欠である。これらの事項について、気象庁技術開発推進本部の全部会に参加し情報を共有するなど、気象庁本庁と協力体制を緊密にして開発の方向性を確認している。

3.研究の目標

(副課題1)数値予報や客観解析資料、さらに高解像度非静力学モデルを活用して豪雨発生要因について統計的に調査し、気象庁予報担当者の予報現業での診断的予測技術向上に資する知見・手法を得る。

(副課題2)二重偏波レーダー、GPS視線方向遅延量、高密度観測網等を用いて、顕著現象をもたらす積乱雲等のじょう乱の発生・発達にとり重要な要素である水蒸気・雨水・固体粒子といった水に関する高精度観測を行い、現象の時空間分布・発生機構の解明を行うとともに、顕著現象の検出・直前予測・短時間予報の改善に資する観測データ処理アルゴリズムを開発する。

(副課題3)フェーズドアレイレーダー・3次元雷センサ・ドップラーライダー・衛星ラピッドスキャン等を用いて、激しい降水をもたらす積乱雲の微細構造を観測するための手法の開発、数値予報精度向上に資する水蒸気分布観測等最新技術の導入、および次期静止気象衛星観測の活用等様々な新しい観測技術の特性を把握するとともに、OSSEなどの技術を用いて、それらの監視・予報精度向上への有効性について客観的に評価する技術を開発し、次世代観測システム構築に資する知見を得る。

4.研究計画・方法

(副課題1)

客観解析データを用いた豪雨の発生および終焉要因の調査,および豪雨の主要因として提案されている500m高度データの評価を行う。また、水平解像度1kmの非静力学モデルを用いて,複数の過去の豪雨事例の再現実験を行うことで,豪雨の発生要因を統計的に調査する。これらを通じて、過去の集中豪雨の発生および終焉要因を統計的に調査し、その結果をデータベース化し,気象庁の予報担当者が利用できるWebシステムを構築する。本課題は、課題A1の顕著現象の実態把握・機構解明で得られた知見を継承しつつ、本課題で得た統計的な知見をフィードバックするなど密接な関わりを持つ。

(副課題2)

以下の課題を行う。実行にあたっては、サブ課題3で並行して得られる成果を有効に活用する。

① 高速スキャンレーダーを用いて観測される局地的大雨の降水コアの落下の様相やメソサイクロンの3次元的な発達過程から、局地的大雨や竜巻の発達メカニズムを解析し、竜巻・局地的大雨の探知・直前予測に関するアルゴリズムを開発する。

② 2重偏波レーダーから推測される固形降水粒子分布と雷センサによる発雷との関連性について解析し、雷観測データを用いた顕著現象予測のためのアルゴリズムの開発を行うとともに、竜巻等突風および局地的大雨と発雷との関連性を解析し、雷放電をこれらの前兆現象としての視点で予測に活用する可能性を調査する。

③ ドップラーライダー・レーダー・次期静止気象衛星ひまわり8,9号等のデータを解析することにより積乱雲発生・発達過程に焦点をあてて解析する。さらに水蒸気データ等を用いた発生・発達のポテンシャルとあわせることにより、積乱雲の発生・発達の監視・予測技術を開発する。

④ ドップラーライダーによる晴天気流の動態を解析して航空機に危険な風の解析を行うとともに、2重偏波レーダーとの比較を行い、2重偏波レーダーによる晴天ガストフロント検出の可能性を考察する。

⑤ 上記③の成果を用い、a)降水コアの落下を仮定した大雨の予測、b)竜巻飛散物や降水粒子判別の事例解析、c)飛散物による竜巻監視や、あられ、雹の検出を用いた雷の予測、d)下層水蒸気の分布と対流性降水との関連調査、の研究を行う。

⑥ 上記⑤の成果を用い、視線遅延量を利用した積乱雲の発達を監視・予測する技術の開発を行う。また、豪雨をもたらす海上からの水蒸気流入の推定技術について調査する。

(副課題3)

以下の課題を行う。ここでの成果は、適宜サブ課題2の研究に有効活用される。

① フェーズドアレイレーダーの技術開発を行い、その観測で得られるビッグデータ処理システムの整備を行うとともに、各種データ補正・3次元解析・表示コンテンツ制作など観測基盤ツールを製作する。さらに地表面クラッタ低減機能やオーバーサンプリングによる高解像度機能の評価等を行う。

② 雷放電の3次元標定アルゴリズムの開発と改良、および品質管理手法の確立を行う。

③ 固体素子二重偏波レーダーによる降水強度の高精度推定、竜巻飛散物および降水粒子の判別、下層水蒸気分布の観測手法の開発等を行う。

④ 大気中の水蒸気分布を観測するための、小型・軽量、かつ取り扱いが容易なライダーに関する検討・開発などを行う。

⑤ GPSに加え、Glonass等複数の衛星測位システムを利用し、積雪深、土壌水分量、海上の水蒸気量、及び水蒸気3次元構造の解析アルゴリズム開発等を行う。

⑥ 衛星・地上観測の放射伝達計算に必要な非球形粒子の標準的な形状モデルを独自開発して、衛星・地上観測シミュレータモデルの高度化、共通化を図る。

⑦ 衛星搭載赤外・マイクロ波放射計やレーダー等の観測について、同化の高度化に向けた研究・開発を行う。特に雲・降水域での利用や、主成分スコア等を用いたハイパーサウンダ利用の高度化に向けた研究・開発を行う。

⑧ 実況監視および数値予報への新規観測データの有効性を評価するための同化実験および観測システムシミュレーション実験を行い、新しい観測システムの監視予測への有効性を評価する手法を開発する。(A1と連携する。A1では、新規観測データのモデルへの同化手法について検討し、A2では、新規観測測器の有効性を評価する。)

5.研究体制

  • 研究代表者:角村悟(気象衛星・観測システム研究部長)
  • 担当研究者数: 21人
    • 副課題1 サブ代表:加藤輝之(予報研究部) 担当研究者数:4人
    • 副課題2 サブ代表:楠研一 (気象衛星・観測システム研究部) 担当研究者数:9人
    • 副課題3 サブ代表:小司禎教(気象衛星・観測システム研究部) 担当研究者数:14人
  • 研究協力者数:  0人
  • 研究期間:平成26年度~平成30年度

6.特筆事項

(効率性)

副課題1,2は気象庁技術開発推進本部豪雨監視・予測技術開発部会と、また副課題3は同本部モデル技術開発および静止衛星データ利活用部会と連携することで、予報・観測業務に直結した効率的な技術開発を行う。

(有効性)

それぞれの課題が、気象庁業務ときわめて密接に関わっていることから、その成果が直接的に気象庁業務への貢献に結びつき、気象情報の高度化を通じて、国民の安心安全に寄与する。

(波及効果)

気象庁の予報担当者への支援、次世代気象庁観測システム構築のための知見、国際貢献など幅広い波及効果が見込まれる。

(特記事項)

気象観測から数値シミュレーションまで、広い範囲の領域を一気にカバーした研究体制は、気象研究所でしかできない包括的な研究と言える。



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