国立防災科学技術セソター研究報告第14号

1976年3月

551・515・4：551・578・7（521・2）

1972年8月3日のひょう雲の構造と行動＊
清野

害谷・小元敬男

国立防災科学技術セソター第1研究部異常気候防災研究室

The

Stmcture

a皿aBehaviorofaof3 August1972

Hai1storm

By
Himshi

M

Seino

and

Y皿kio

Omotoo舳1地・θα舳α肋・〃〃∫α∫〃〃ωθ〃・〃，τ・妙o

Abstract
Resu1tsof

analysisofahailstorm

Gunma

Prefecture，on3August1972is

atinterva1ofanaccompanied
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thehour．The

hailstorm

radar，raingauges（1）Maximum

accompanied

byand

rainfa1l

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the

observed

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in

twice

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revealed

from

the

fo11ows：

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storm．

Hai1falla1sooccurredinwasobserved

themaximum

radar

moved12．totherightechowas（3）Thedistrict，main1y

resu1ts

southwestem

（2）

there

maximum
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hai1fal1occurred

about1．5cm．The

hai1−recorders

existednorthempresented．The

storm

the

southwestempartoftheradarecho，andrecf1ectivity．

of

the

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wind

in

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300−mb1ayer．
（4）Cyclonic（5）Thetherotationvertica1crosshai1fal1showed

being1ocatedThe

storminthepointedof

and

out

photographs，themu1tice11storms

thesectionmaximum

behavior

byappears

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PPI

scope．The

after15minutes

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side

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analysis．

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Z

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Browning（1964）．However，judging

storm

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revea1ed

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structure

Oneof

into

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ofto

N−S．This

echo

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multice11type．Therefore，somesimi1arof

the1ong

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of

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E−W

at14h20m，transformation

in

and

developed

thenew

main

ce1ls

echo，andonshapeoccurred，onthetherefore，it

wasaxis．

、！j＝の発生機構に関する研究」の…環として行なわれたものである．

一53一

国立防災科学技術セ：／ター研究報告

1．

第14号

1976年3月

まえがき

ひょう雲の構造と行動についての調査研究は，特にアメリカ合衆国において詳細に行われている．ひょうを降らせるほどに発達した対流系の中でも，スーパーセルストームと呼ばれる巨大単一細胞型の対流系は最も激しいものである．レーダースコープ上にあらわれるフックエコーは，このスーパーセルストームを特徴づけるものとしてこれまで多くの報告がなされている．フックェコーはStoutandHuH（1953）が初めて写真に記録し，のちにFujita（1958）はこの記録を詳細に解析して対流系が回転していることを示した．その後このような対流系は多くの人々により観測され研究されてきたが，その中でもBrowni㎎（1964）はこの種の対流系の基本的な特徴をほとんど示しrスーパーセル」という名称を導入した．最近
Ma・witz（1972a，b，c）はひょう雲の構造と行動を総合的に坂り扱い，（a）スーパーセル型，（b）マルチセル型，（c）風のシアーを受ける場合にわけて論じている．

わが国におけるひょう雲の組織だった観測はこれまでほとんど行われておらず，被害発生地域で被害調査程度のものがあるだけである．北関東は雷雲の発生頻度が高く，落雷や豪雨や降ひょうの災害がしばしばおこることで有名である．われわれは群馬果藤岡市に当センターの車載式レーダーを設置して，この北関東，特に群馬果北部山岳地帯に発生して平野部を通過し，降ひょうをもたらす対流系の観測を行っている．1972年度夏季の観測ではアルミ箔を用いた降ひょう記録計100台を，降ひょう発生頻度の高い平野部に設置して降ひょう分布調査を行った．なお記録計の設置と観源■1は群馬」県農業共済連合会に委託した．

観測に使用したレーダーは，波長3．2cm，尖頭出力40kw，ビーム幅2。の円錐型ビー
ムである．スイ・ソチの切換えによりPPIとREIの二種の表示ができ，いずれの表示型式も等エコー装置を用いて等エコー強度線表示が可能である．レーダーエコーはパルスカメラによりフィルムトに記録される．1972年6月から8月にかけて行った観測データの中から，降ひょうをともなった8月3日のひょう雲の構造と行動を，レーダー観測，降ひょう分布調査，雨量分布の結果から解析を行った．雨量分布の資料は気象庁と群馬果の各雨量観測所の白記紙を使用した．

2．気象概況
図1は8月3日09時の日本付近の地上天気図である．日本の南海上に高気圧，〔本海に低気圧の典型的な夏型の気圧配置であった．北関東では午前中から発達した積雲があらわれ始め，午後には最盛期となった．各地で雷雨が観測された15時の日本中部の地上天気図を図2に示した．図中の実線は等圧線をmb単位で，点線は等温線を℃単位で示したものである．ハ・ソチした部分は束京管区気象台レーダーで14時58分に観測された北関東付近のレーダーエコーである．北関東f寸近には等温線の密な部分がみられる．館野における15−54一

1972年8月2口のひょう雲の構造と行動一清野・小元SURFACE

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ア〜いllノ／Cgh＾uGI3．1972

図18ジ、
いf伽帥o…⑨

十甘L＝1而

1972年8月3日09時の地上天気図

冊

冊L：5m鮎01肌岬EC冊O棚、T㎝畑

図2ユ972年8月31］15時の口本中部の地上時の高層観測による，高さ1km毎の風の入気1判．ハッチした部分は東京管区気象台

レーダー！4時58分観測のエコーを表わベクトルを図3にノ示した．また1司図中に同す．

時刻の900〜300mb間の大気の垂直平均風ベクトル（脇：278。，9m／s）と，ここで取りτ＾TENO

100扱うひょう雲の平均移動ベクトル（汎：290。，

15h＾UG．3．19η

1012m／s）も示した．
日923．観測結果

1210一〇m

一90・

5

η0．

旧．ll

11ヨ）mヨ

図4は藤岡に設置したレーダーにより観測されたひょう雲の移動を示したものである．13時

v5651仙m

1024分に榛名山と赤城山を結ぶ線の北f則に位置していたエコーは東南東へ不多動し161時頃にはo・

図3

館野15時の高層観測による高度ユ栃木果南部で消滅した．残念ながらこの対流系

km毎の風のホドグラフ．ア㎜は同時の発生からかなり発達した13時24分までの均風ベクトル（27ガ，9m／s）を，Kはひょう雲の平均移動ベクトル（290。，移動の追跡はできなかった．この対流系は13刻の900〜300mb間の大気の垂直平12m／s）を表わす．

時55分頃と14時45分頃の2回，狭い地域ではあったが降ひょうをもたらした．また！4時N∫、■、30分前後のわずか十数分閉にPPIスコープ上の形状が横長型から縦長型に変化するという特異的な行動をみせた．先の図3に示したように，系の平均移動ベクトルは大気平均風より右、

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1「！

へ12。偏向していた．

」

群馬県内の平野部を中心においた降ひょう記

録計にこの2回の降ひょうは記録された．図5は1972年の降ひょう記録計の配置図である．1丸一55一、1／J

戸．＿・・岨1…

、Y

図4藤岡のレーダーに観渕されたひょう雲の膨動国立防災科学技術セソター研究報告抄

1976年3月oo。

第14号

禰⑧、りドノoo。舳舳。

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3AUG．1972．。．J
01020㎞

図51972年8月3Hの降ひょう分布図．丸印はこの年に配置した降ひょう記録計の位置を示す．黒丸は降ひょうが観渕された地点で横の数字はその観測時亥■1である．

印は記録計の位置を示し，点域と斜線域はそれぞれ標高1，OOOm以1二の地域と1打街地を表わしている．黒く塗りつぶした丸印が降ひょうを観測した地点で，横の数字は繍則時刻である．

黒丸を1刑む横線域は記録計の結果から推定した降ひょう域を表わしたものである．図4に示した対流系から，前橋の北西の榛名山南東麓に位置する吉岡村で13時55分に，太田市の北部で14時45分〜15時OO分に降ひょうが観測された．なお太田市ではその東部で131甘00分〜13時20分にも降ひょうが観測されているが，その時刻からみて別の系によるものであることが明らかである．吉岡村で発生した1回目の降ひょうは数mm程度の直径で密度が高く，太田市の北部で発生した2回目の降ひょうは前者よりやや大きく最大は直径115mmで密度は低かったことが記録計より得られた．
この対流系からの降雨量分布を群馬果内と栃木一県の一部の雨量観洩1」所の白記紙から，レーダーエコーの移動を考慮に入れて読み取りを行い雨量分布を求めた．図6はその結果を示したもので，白丸は気象庁，黒丸は群馬県の雨量観測所を表わし，等雨量線は2mm間隔で引いてある．降雨域の南西側には等雨量線の密な部分がみられる．これは後述するレーダーエコーの反射強度分布とよく対応している．この降雨はほとんどの場所で20分ないし30分間に降っており，最大は前橋の東に位置する上泉で17．5mmが記録されている．降雨域の南西側，すなわち対流系の移動方向からみて右側に技大降雨域が位置している．小元（1970）

が1966年6月7日に発生した関東地方のひょう雲を詳細に解析した結果，豪雨域と降ひょ

一56一

1972年8月2〔のひょう雲の構造と行動一清町・小元／
0＼．一s．

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図6ひょう雲にともなう雨量分布．単位はmmである．

う域がBrowning（1964）のいうSRストー・ 』m・舳1ムのモデルにある発生場所に＿致していることが得られたが，ここで取り扱った対流系の強雨域と降ひょう域にも同様の結果が得られ40。。、、、…言・。。携ノ、 5Hlπ州＾

た．

鮎・川舳。ぷ

対流系の移動にともなう各雨量観測所の雨

岬暑量の時問変化をみるために，図6の雨量観測所から10分間雨量の読みとりが可能な28個所を選んだ・図7はそれらの位置を示したも終w削酬
四則舳、、ζ舳I1、M舳

＼一品㎜。蕊。
．＼o ＼㎝τ＾ ㌧・一、．舳＾PREF
図7 10分間雨量の読み取りを行った雨量観測点の配置1判．白丸は気象庁，黒丸はのである．図8はその結果で，観測点は図左

鮮馬果河川課の雨量観測所を示す・

上から右下へほぼ系の移動方向へ沿ってならべてある．黒く塗りつぶした部分がここで取り扱う対流系からもたらされた降雨である．榛名（群馬県）と上泉では10分問に16〜17mmの強い雨が記録されているIこれは1時間雨量に換算すると約100mmに相当し，レーダーエコーにIS06（レーダー反射因子Z≧5x！04mm6m−3）の大きな反射強度が観測されていることによく対応している．

この対流系は前橋・桐生の両地点をそれぞれ14時OO分〜14時30分，14時30分〜15時OO分にかけて通過している．図9はこの地点の気温，相対湿度，気圧，風向風速および降水量の時間変化を示したものである．系の通過にともない両地点とも降水にともなう冷たい下降流による気温の急降下と湿度の急L昇がみられる．また風向風速の著しい変化もみ

一57一

国立防災科学技術セソター研究報告第14号

1976年3月

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㎜S＾≡T＾﹂W＾τ0削W＾o；≡161フ1712h

131415T…E16（・）
図815τ1｝E141312h（b）

ひょう雲の移動にともなう！0分間雨量の時間変fヒ．黒く塗りつぶした部分がひょう雲にともなう雨である．単位はmm．

REL＾刊VE．C。

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25日0τEMFER＾fuRE

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990m而

10minlO

冑＾lNF肚［21201913171615145131211このように降ひょう分布と雨量分布からみた的バーセルストームに類似していることが示されたが，レーダーからみた系の構造と行動にも類正｝Pト脈（』人〜狐w川川〉
1匝□〕

似点がいくつか見い出された．以下レーダーエ

■H↓
6』
チ

PRESS、コーの構造と行動につれてふれてみたい．

｝」

m…

R．
21中矢印で示した．

この対流系の構造は，従来報告されているスー

30990上昇とそれに続く下降がみられた．それぞれ図¶．
lOO

ヤ

25

く知られているように雷雨系にともなうメソ高10MAEBASHI

R，H．

読み坂り値をそのまま示したものであるが，よ気圧とその背後に続くメソ低気圧による気圧の｝；m唖＾↓｝蜆・山，られる一なおここに示した気圧の値は白記紙の20191817iu

1盲11312111口min
5KlRVU

図9前橋と桐生における気象要素の時間変化

1回目の降ひょうが発生する直前の13時4510分に，等エコー装置を用いて観測したPPIエ
コーの合成図を図10に示した．以下に用いる等エコー強度表示（ISOレベル）はレーダー反射因子Z（mm6m−3）で表わすと表1の関係にある． 図10のエコーは先の雨量分布図に対応してエコーの南西部にZの強い領域が存在している この形はアメリカ合衆因において観一58一

！972年8月2Hのひょう雲の構造と行動一清野一小元

表1等エコー装置のISOレベル表示とレーダー反射因子Zとの関係
ISO1evel

Z＝＝、

mm6m−313
5

2．0×102or1345

NORMAL㊧ 1S0 1ob IS0 3
・ 1S0 5more

1．8×1030r

more！．7×104or

more

65．1×1040r

more

71．6×1050r

more

b

卯1芦U

測されているスーパrセルストームと呼ばれるSeVereStOrmによくみられるもので10／20ノ30㎞

図1013時45分のPPIエコー．1回目の降ある（例えばBrowning（1964），Marwitz

ひょうはエコー南丙部で13時55分に発生した．

（1972a）など）．このZの強い領域の位置に相当する地上の降ひょう記録計に観測されたひょうは，IS05で示されるこの部分からもたらされたものであることが推測される．またエコー内のIS01の分布をみてわかるように，このエコーには東西方向に2本の軸を認めることができるが，図11に示す13時26分のエコーをみるとこれが別々の軸であったことがわかる．これが別個の対流系の併合によるものカ㍉あるいは分裂によるものか，また初めからこの形であったのかどうかはこれ以前のデータがないので判断できない．

この対流系の移動方向が大気の平均風に対して右へ偏向していたことは先に述べたが，こうした対流系がそれ白身回転していることが従来報告されている（たとえばFujita（1958），
FujitaandGrandoso（1968），CharbaandSasaki（1971）など）．そこで，このエコー内部の構迭の変化を13時45分〜14時00分の15分間にわたって詳細に調べた結果，図12に示すような運動が得られた．13時55分に観測されたエコーの上に書き込んだ矢印は，Cで示される系の動きに相対的なエコー各部の動きを示したものである．丸印はこの時刻より数分

13261355oH＾IL

6ヲ

ジ篇t↑

｛・・、〜

繁篠叩TA

図1213時45分から16分間のエコー

図1113時26分のPPIエコー．の内部構造の変化．

一59一

国立防災科学技術セソター研究報告第14号！976年3月後に発生した降ひょうを観測した地点を表わした毛のである．この降ひょう域，すなわち対流活動の最も激しい部分に図に示すような低気圧性の回転が見い出された．

この対流系の最も激しい郁分の垂直断両を図13に示した．降ひょうがほぼ終了したと思われる14時02分の観測であり，図左f貝■」にその時のPPI図とREI方位を示した．エコー

頂は約12kmに達しており，レーダーから18kmの距離に強い反射強度の領域が垂直にのび，南側（レーダ■則）にその変化度が大きくなっている．反射強度の最も強い部分がエコーの下方に位置しているのは降ひょう後のためと思われる．

1402■：1ご1二1二診∫二111、！．1ふ⊃ノζ二〕NORMAL

．

⑰IS01
⑲1S03
⑩1S05

a．1S06a1020RANGE

2010エロΩr

工→30km

図1314時02分のPPIエコー（左例」）とREIエコー（右側）．PPIエコー
図にREI方位を示した．

1回目の降ひょうが終ったあと，この系は＼︑N㎜＼巾

特異的な行動をみせた．それは図14に示すように14時20分からわずか十数分間にPPIスコープ上のエコーの形状が横長型（図左側）から縦長型（図右側）へ変化したことである．

10

図142030

Km

10203040Km

14時21分と14時44分のPPIエコ，．

この原因はエコーの鮎の回転によるものではなく，図15にみられるように，1回目の降ひょうを発生させたこの系の最も激しい部分（南西部）はそのまま残り，その刺則がしだいに消滅していく一方，北側に新しいセルが発生して発達した結果縦長型になったことがわかる．従って初め南西部に位置していたエコーは縦長型になってもやはり南側にあり，1回目の降ひょうが発生したと同じ部分から2回目の降ひょうが発生した（図14右）．この2回目の降ひょうは太田市の北部に設置した降ひょう記録計に記録された．

変形が終った頃の14時34分のエコー南縁部の垂直断面を図16上に示した．先の図13に比較して14時34分の垂直断面はエコー南縁部の対流活動がさらに激しくなったことを物語っている．エコr頂は約14kmに達しIS01の領域は高さ約13kmにまで分布して一60一

1972年8月2日のひょう雲の構造と行動一清町・小元

一争

2、〉。
倶一ソ＼201420

1427

べ乃2吟、32

図1514時19分〜14時41分のPPIエコーの変化．

1434
r一＾40）

1＼○εヨy○20紗、、、亭、、aδ≡≡1b

千・嚢

10／20RANGE

b30km（二二）NORMAL．⑳IS01、⑧1S03、⑳1S05．■IS061447、、へ一＼、r／｝、しノ、へ、

40＼＼

葦、L一．Vへδεぶ紬

20Cd2030RANGE

40km

図1614時34分および！4時47分のPPIエコー（左側）とREIエコー（右側）．pPIエコー

判にREI方位をホした．

一61一

国立防災科学技術セソター研究報告第14号

1976年3月

いる．またIS03，5も図13よりさらに高くまで達しており，高度6〜7kmにIS06の強い反射強度の領域が位置している．この部分にひょうが存在しており10分後に観測された降ひょうがここから地上に達したものとすれば，ひょうの落下速度は約10m／sとなる．
この落下速度はDoug1・・（1964）の報告したひょうの直径と落下速度の関係式によると直径約5mmのひょうに相当する．降ひょう記録計に観測されたひょうの大きさはほとんどこの程度の大きさであった．またDona1dson（1961a）はアメリカ合衆国ニューイングラソド州の雷雲のうち降ひょうをともなう場合には，そのレーダー反射強度の最大域は高さ5〜6kmに位置していたことを報告している．図16はこの対流系の構造がアメリカ合衆国において観測されているseverestormに類似していることを示している．図16下は2回目の降ひょうが発生している時刻のエコr中央部の垂直断面である．図16上の南縁の垂直断面に比べると反射強度の分布は高さ強度とも弱い．

4．結論

1972年8月3目北関東に発生したひょう雲を，群馬県藤岡市に設置したレーダーの写貞記録と，同果平野部100個所に配置した降ひょう記録計，それに1司果内と隣接する栃木果の一部の雨量観源■」所の白言己紙を用いて解析した．この対流系の発生から消滅までの時問は約3時問であったと推定されるが，その間に狭い範囲ながら2回の降ひょうをもたらし，PPIスコープ上の形状を横長から縦長へ変えるという特異的な行動を示した．この変化は1回目の降ひょうが終ったあとでおこったが，最初の降ひょうをもたらした部分，つまりこのエコーの最も激しい部分はそのまま残り，その東側がしだいに消滅する一方，最も激しい部分の北側に新しいセルが発達した結果であることがレーダー写真記録より得られた．この他にレーダー観測，雨量分布および降ひょう分布の結果を解析し，次のような特徴がみられた．

a）最多雨量域は降雨域の南西部，すなわち系の移動方向の右側に位置していた．

b）降ひょうはレーダーエコrの南西部，すなわち系の移動方向からみて右側で発生した．

c）系の平均移動方向は900〜300mb間の大気の平均風の右12。に偏向していた．
d）

レーダーエコーの南西部，すなわち対流活動の最も激しかった領域にエコーの低気圧性回転が見い出された．

e）降ひょうが発生する直前のエコーの垂直断面観測によるとレーダー反射強度の最大域は6〜7kmの高度に位置していた．
これらa）〜e）の特徴はアメリカ合衆国において観測されているスーパーセルストームと呼ばれるSeVereStOrmの特徴に類似している．スーパーセルストームはレーダースコープ上にあらわれるフックエコーで特徴づけられるが，この対流系のレーダーエコーには明瞭な形であらわれなかった，またこの対流系はスーパーセルストームに類似した特徴を示してい一62一

1972年8月2目のひょう雲の構造と行動一清野・小元

たにもかかわらず，レーダーエコーの写真記録はこの対流系が複数のセルをもった構造であったことを示していた、このことはマルチセルストームの一部にはスーパーセルストームと同じような構遣をもったものがあるということを示していると言える．
謝辞
雨量分布の解析に使用した雨量計白記紙のコピーを提供していただいた群馬果河川課と，レーダー観測に多大の便宜をはかっていただいた藤岡市および藤岡農業改良普及所に感謝の意を表します．

参1）

2）

Browning，K．A。（1964）：

Air

trave1towind

theright

Charba，J．and
Apri11964asof

theHowandfrom

文

南犬

precipitation

ノ．λ士〃1o∫．＆Y−Sasaki（1971）：
revea1ed

考StructureTadar

andtrajectories

withinsevere1oca1storms

which．，21，634−639．

andmovement

surfacemesonetwork

reHectivity

promesofthedatathunderstormsof2analysis．ノ．M倣oroZ．3osevere．

J砂．II，49，19！−214，

Donaldson，R．J．，Jr．（1969a）：

Radar

in

thunderstorms．

ノ．Mゼ〃oグoZ．，18，

292＿305．

Douglas，R．H、（1964）：
510c．，

Hai1sizedistτibution−11肋Wω肋6グRα∂〃・C01ゾ．，λ〃．Mθκ01．0Z．

146−149，

Fujita，T．（1958）：Mesoamlysis

of

theH・Grandoso（1968）l

Split

I11imistomadoes

ofofthunderstormg

Apri11953．J，M〃orOZ．，15，

288＿296．

Fujita，T・andstorms

and

their

motionasdeteminedfroma

numerical

model

into

anticyc1onic

experiments．

and

cyc1onic

J．一化〃10∫．8c〜．，25，416＿439．

7）Marwitz，J・D・（！972a）l
storms．

The8）Marwitz，J．D一（1972b）：The
storn1s一ノ．λ力声Z．

」M

structure・〃oグo／．，

9）Marwitz，J・D、（1972c）：The
shearedstmcture

andmotionofseverehailstoms．Part

I：Supercell

J．■ψμ．ル〃ω1．oZ．，11，166＿179．

11，

andmotionofseveremotionofseverehailstoms．Part

II：Multi−cel1

180−188．

structure

andhailstorms．Part

III：Severe1ystorms．J．λ戸μ．M6〃oグoZ．，11，189−201，

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Radarエecords

Il1inois

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（1975年6月7口原稿受理）

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