土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)

Ⅱ‑111

衛星画像解析と気象数値実験による水田が積雲形成に与える影響の分析

序論

1

京都大学大学院工学研究科

正員

萬和明

東邦ガス

正員

粟津浩介

京都大学防災研究所

正員

京都大学大学院工学研究科

正員

Kim Sunmin
立川康人

流出予測研究所

正員

椎葉充晴

積雲の形成に地表面状態は少なからず影響
0.8
45˚

45˚

は衛

01)

0する．灌漑農地について着目すると，Sato et al.

0.7
44˚

星観測によるリモートセンシングによって，Kawase et

0.6

043˚
0は気象モデルを用いて，中国 Hetao 地域における

43˚

0.5

灌漑農地が雲発生を抑制する可能性を指摘している．

02)

al.

44˚

042˚

0.4

42˚

140˚

以上より，本研究では日本最大規模の灌漑農地を有0.3140˚する石狩平野を対象として，水田が積雲形成に与える

141˚

142˚143˚144˚145˚141˚142˚143˚144˚145˚(b) 水田地域 (青塗)と周辺地域 (赤塗)(a) 5・6 月 12 時

影響を分析する．まず，衛星画像の解析により水田における積雲の発生特性を分析する．次に，数値気象モ

1.0

デルによる数値実験を行う．具体的には，水田の土地

0.8

0.8

0.7

0.7

0.6

0.6

0.5

0.5

0.4

0.4

0.3

0.3

0.2

0.2

0.1

0.1

利用を変化させた実験を行い，水田が積雲形成にどのような影響を与えているかを分析する．
衛星画像解析による雲発生頻度の分析

2石狩平野周辺における積雲形成の特性を調べるために，雲発生頻度の算出

本研究では，Sato et al.

1112131415161791011(c) 6・7 月

121314151617(d) 9・10 月

2008∼2011 年の雲発生頻度に大きい値となるときに雲があると判定し，判定回数を総データ数で割ることで求められる割合を雲発生頻度とする．アルベドの閾値は，対象期間の最も小さい 10個の値の平均値に 0.1 を加えた値とし，2ヶ月毎に時刻別に雲発生頻度を算出した．一例として図 1(a) に 5・6月 12 時の雲発生頻度の空間分布を示す．
雲発生頻度の分析

10

図1

倣い，可視画像から得られるアルベドがある閾値より2.20.09

生頻度を算出した．
1)

kangainot kangai

0.90.02008∼2011 年までの MTSAT の可視画像を用いて雲発2.11.0
kangainot kangai

0.9

水田とその周辺での雲発生頻度を面的に比較するために，水田地域 (図 1(b) の青塗り領域) と周辺地域 (同図赤塗り領域) の雲発生頻度の空間平均を計算し，横軸を時刻にとり図 1(c)(d) に図示した．両図から，水田地域の雲発生頻度は概ね周辺地域より少なくなっていることがわかる．しかし，水田に水を張る 6・7 月の午前中には水田地域の雲発生頻度の方が周辺地域より多くなっている．以上より，石狩平野の水田とその周辺では積雲形成の特性が異なっ数値気象モデルを用いた数値実験

3

水田の存在が積雲形成に与える影響を分析するために数値気象モデ
ルを用いた数値実験を行った．

3.1

数 値 気 象 モ デ ル CReSiBUC

数値気象モデルは，Souma et al.

3)

本研究で用いたによって開発された

CReSiBUC で あ る ．CReSiBUC は 気 象 モ デ ル CReSS(Cloud Resolving Storm Simulator) に 陸 面 過 程 モ デ ル
SiBUC (Simple Biosphere including Urban Canopy) を導入し，より詳細に陸面の状態を大気場に反映できるようにした雲解像の非静力学数値気象モデルである．

3.2

計算条件の設定

計算領域は，東経 142 度北緯43.5 度を中心とした水平方向の空間解像度 2 km の 320
km × 320 km の範囲とし，鉛直方向の格子は 300 m 間隔で 45 層に設定した．計算開始時刻は 2011 年 6 月 5
日 0 時とし，計算の時間間隔は 4 秒に設定した．
水田が積雲形成に与える影響を分析するために，土ていると言える．
キーワード

大気陸面相互作用，MTSAT，CReSiBUC，水田，積雲形成，石狩平野

連絡先〒 615-8540 京都市西京区京都大学桂 C クラスター C1 棟，電話: 075-383-3363‑221‑土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)

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44˚

0.00100.00100.00090.000944˚0.0008

43˚

142˚

0.00070.00060.00060.00060.00050.000543˚

0.00040.00030.00020.0002

0.00020.00010.00010.0001141˚

1.043.5˚

143˚

1.043.5˚

0.8

0.8

0.6

0.6

0.6

0.4

0.4

0.4

0.2

0.2

0.2

0.0

0.0

0.0

−0.2

−0.2

−0.2

43˚−0.4

43˚

−0.4

−0.6

−0.6

−0.6

−0.8

−0.8

−0.8

−1.0

−1.0

142˚

141˚

141.5˚142˚−1.0141˚(b) FRM 実験

141.5˚142˚(c) BSL 実験

2011 年 6 月 5 日 13 時の高度 600 m における鉛直風速推定値

地 利 用 デ ー タ と し て 国 土 数 値 情 報 KS202 を使 用 す る

CTL 実験，土地利用を水田から畑地に変更した FRM
実 験，土 地 利用 を 水 田から 裸地 に変更 した BSL 実験の 3 つの実験を行った．
計算結果

142˚(c)BSL 実験

0.8(a) CTL 実験

3.3

141˚

143˚

2011 年 6 月 5 日 13 時の雲水混合比推定値−0.4

図3142˚(b)FRM 実験

1.0

141.5˚

0.00040.0003

図2141˚

0.000543˚0.0003

143˚

43˚

0.00080.0007(a)CTL 実験

43.5˚0.0009

44˚

0.00070.0004141˚

0.00080.0010ての水田の働きは小さいと考えられる．

4結論

気象衛星 MTSAT の画像解析により石狩平野の雲発生頻度を分析したところ，水田地域と周辺地域で雲発生頻度の特性に違いが表れた．

図 2 に 2011 年 6 月 5 日 13 時の雲水混合比推定値を示す．同図 (b) より FRM 実験では CTL実験と異なり石狩平野北部で積雲が形成している様子がわかる．一方，BSL 実験では CTL 実験同様，石狩平野北部での積雲形成は見られない．

数値気象モデル CReSiBUC を用いて，水田の土地利用を変更した数値実験を行った．その結果，水田を畑地に変更した実験では石狩平野北部で積雲が形成された．これは，顕熱輸送が増加し収束が強化され上昇流が発生したためだと思われる．したがって，水田は地同時刻の高度 600 m における鉛直風速推定値を図 3に示す．同図 (b) より FRM 実験では石狩平野北部で強い上昇流が発生していることがわかり，同地域での積雲の発生はこの上昇流に起因するものだと考えられ表面付近の熱的環境を変化させることで積雲の形成に影響を与えていると考えられる．
参考文献
1) Sato, T., F. Kimura and A. S. Hasegawa:

Vegeta-る．土地利用を畑地に変更した地域で顕熱輸送が増加

tion and topographic control of cloud activity over

し，収束が強化されたため上昇流が発生したのではな

arid/semiarid Asia, J. Geophys. Res., Vol. 112, D24109,

いかと思われる．一方，BSL 実験では顕熱輸送は FRM

doi:10.1029/2006JD008129, 2007.
2) Kawase, H., T. Yoshikane, M. Hara, F. Kimura, T. Sato

実験同様に増加したが，粗度が小さいために地表面風and S. Ohsawa: Impact of extensive irrigation on the for-

速が強まり収束域が形成されなかったと推測している．

mation of cumulus clouds, Geophys. Res. Lett., Vol. 35,L01806, 2008.

なお，水田の土地利用を変更すると潜熱輸送が減少し地表面付近の水蒸気混合比は減少したが，高度 6003) Souma, K., K. Sunada, T. Suetsugi, and K. Tanaka: Theeﬀect of urban area on a heavy rainfall event over Tokyom の水蒸気混合比は各実験で差が見られなかった (図on August 5 2008, Preprints of International Conference省略)．よって，本研究の事例では水蒸気の供給源とし

on MCSs and High-Impact Weather, pp.353-356, 2011.

‑222‑