地球環境研究，Vol.19（2017）

長野市におけるドップラーライダを用いた山風の観測とWRF による数値実験
高咲良 規＊
吉 﨑 正 憲＊＊
鈴木パーカー明日香＊＊
武 井 祐 興＊＊＊榊 原 保 志＊＊＊＊浜 田渡 来崇＊＊＊＊＊

靖＊＊

キーワード：山風、ドップラーライダ、裾花川、ハイドロリックジャンプ

１ ．はじめに施した。図１に DL の観測風景を示す。DL を設置した地点は、信州大学の長野（教育）キャンパス西校舎屋上で山風は一般に夜間に谷底が冷やされ、その冷却されたある。DL の地上高度は21.1ｍであり、海抜高度約413ｍ

空気が斜面を下ることによって起こる局地循環であるが、になる。西校舎屋上には、DL を２台設置した（以後、局地風の形成には地形による力学的作用と温度差に起因それぞれを DL１号機、DL２号機と称する）。DL の距離する熱的作用があり、山風は両方の作用によって起こる

分解能は75ｍに設定し、半径1500ｍの範囲を対象としたことも言われている（浅井1996）。また、長野市は山脈に（図２）。また、測定する高度角は、10°間隔で０°～70°の囲まれていることや市街地内外を含め、千曲川、犀川、範囲とし、方位角は、０°～70°の10°間隔である。DL１

裾花川の３つの河川があることで、複雑な地形と川や谷号機は南西方向、DL ２号機は南東方向を中心とした（図の走向に沿った特有の強い風が吹くことがある。その１２ｂ，ｃ）。さらに、同期間の長野地方気象台の風向 ・ 風

つとして北西側の裾花川谷口では、夜間から明け方にか速について解析を行い、DL の観測結果と比較を行った。

けて吹く冷気をともなった強い山風（裾花川谷口ジェット）が報告されており、ヒートアイランドを緩和する効果があるとされている（長野環境研究保全研究所 2009，
浜田 ・ 一ノ瀬 2011）。ヒートアイランドと山風の研究について、狩野 ・ 三上（2003）では、東京都青梅市において山風の解析を行い、谷の出口付近では山風が吹走する際に安定層の下に接地中立層が形成していたことと、谷口と市街地では気温の低下と水蒸気量の分布に変化が見られたことを示した。しかし、山風の流入による気温低下のメカニズムや山風の時間変化はまだ解明されていない点が多い。
そこで本研究は、ドップラーライダ（以後、DL と記述する）を用いた観測と数値モデルから長野市裾花川谷口から吹く山風のメカニズムおよび構造と時間変動を明らかにすることを目指す。

２ ．観測データおよび観測事例
DL による観測は2015年７月27日～11月３日の期間実

図１

DL の観測設備。

			 立正大学大学院 ・ 地球環境科学研究科 ・ 院生＊＊		 立正大学 ・ 地球環境科学部＊＊＊		 立正大学 ・ 地球環境科学部 ・ 学生＊＊＊＊
信州大学 ・ 教育学部＊＊＊＊＊
長野県環境保全研究所＊

63

長野市におけるドップラーライダを用いた山風の観測とWRF による数値実験（高咲・吉﨑・鈴木パーカー・渡来・武井・榊原・浜田）

図２

 長野県長野市の地形図。点線は DL を置いた地点から1500m の範囲と、影域は裾花川の谷を中心と⒜する方位角273°～283°の観測範囲を示す。⒝ DL 1 号機および⒞ DL 2 号機の観測範囲（影域）。

裾花川から吹く山風は高気圧に覆われて比較的晴天の時に出現するとされているので（浜田 ・ 一ノ瀬 2011）、今回は2015年８月１日～８日の夏季の事例について報告する。

３ ．2015年 ８ 月 １ 日～ ８ 日の天気の概要
図３に2015年８月１日～８日の地上天気図を示す。この期間は、太平洋高気圧に覆われて日本は全国的に猛暑であった。長野地方気象台の日最高気温は連日34℃以上を観測し、日中は晴天であった （図４ａ）。相対湿度の図３64

解析対象期間（2015年 ８ 月 １ 日～ ８ 日）の天気図（日々の天気図より）。

地球環境研究，Vol.19（2017）

変動は気温と比べて、逆位相であった。また、同期間の14時過ぎ～17時に集中し、風向は北寄りで、風速は６ ms－1

長野市における風の日変化を風向で表すと、午前中は南～10ms－1であった。

～東風、午後から夕方にかけては北風、夜間～明け方には西風と日変化していた（図４ｂ）。日最大風速に関して

４ ．2015年 ８ 月 １ 日～ ８ 日の晴天日における DL で捉えた山風の抽出期間中に山風が吹いた日を同定するために、図５に、2015年８月１日～８日の裾花川谷口を中心とする方位角273°～283°の領域における高度角10°の視線方向の風速の時間変化を示す。１日～３日の長野地方気象台で観測された風向 ・ 風速と DL で観測された視線方向の風速はよく対応していた。しかし、６日と７日の21時頃から視線方向の風速は負値となり、裾花川谷口の方向から吹き下ろす風が見られた。また、この時の視線方向の風速は－４～－５ms—１であり、長野地方気象台が観測した風速よりも強風が吹いていた（図略）。この強風は、夜間から明け方にかけて長期間持続していたため、DL が捉えた強風は裾花川谷口から吹き下ろす山風であったと考えられる。また、８月４日の夜間から５日の明け方にかけても、同様の強風が見られた。
図６と図７は、2015年８月４日～５日と８月７日～８日の高度角20°と高度角30°の視線方向の風速の時間変化を示す。DL の視線距離375ｍと750ｍでは、高度角20°は地上高149ｍと277ｍ、高度角30°では地上高208.5ｍと396

図４

図５

2015年 ８ 月 １ 日～ ８ 日の長野地方気象台における⒜ 気温（℃，黄色実線）と相対湿度（％，青実線）、⒝ 風向（橙色）・ 風速（黒実線）。

ｍに相当する。図から、６日の夜間から７日の明け方では高度角20°では山風は地上から高度約200ｍ、７日の夜間から８日の深夜には高度約170ｍまで強風域がみられ2015年 ８ 月 １ 日～ ８ 日の DL 高度角10°における方位角273°から283°までの視線方向の風速の時間変化。点線は750ｍの視線距離を示す。
65

長野市におけるドップラーライダを用いた山風の観測とWRF による数値実験（高咲・吉﨑・鈴木パーカー・渡来・武井・榊原・浜田）

図６

2015年 ８ 月 ４ 日～ ５ 日の DL ⒜ 高度角20°と ⒝高度角30°における方位角273°から283°までの視線方向の風速の時間変化．破線は、視線距離375ｍと750ｍを示す。

た。
また、高度角30°では、強風域は地上高約180ｍ付近に

図７

図 ６ と同じ。ただし、2015年 ８ 月 ７ 日～ ８ 日。

５ ．モデルの概要

かけて見られるものの、さらに高度が上がるにつれて見本研究で用いた領域気象モデルは、NCAR（Nationalられなくなった。そのため、山風の鉛直方向の厚さは地Center for Atmospheric Research）で開発された WRF上からの200ｍ程度であったと考えられる。これは、浜（Weather Research and Forecasting）モデルの Version

田 ・ 一ノ瀬（2011）で観測された裾花川の山風の厚さと3.4.1である（Skamarock et al. 2008）。計算における格子同じ結果であった。

間隔は、第１領域は２km 間隔の東西800km×南北900km

図８に、2015年８月７日22時36分～23時00分の DL１の領域、第２領域は500ｍ間隔の東西150km×南北150km号機の視線方向の風速を示す。７日22時30分の DL１号の領域、第３領域は125ｍ間隔の東西25km×南北21km の機の高度角10°では、裾花川谷口から北北西方向に４～領域とし、３段階のネスティング計算を実行した（図５ms の強風域が見られ、時間の経過とともに、強風域10）。計算時間は2015年８月７日３時を初期値として、８は拡大していた（図８ａ～ｅ）。この強風域は高度角が上日６時までの27時間行った。初期値 ・ 境界値は気象庁メがるにつれて、強風域の範囲は縮小していた。この時のソ数値モデル（MSM：Meso Scale Model）の０時間予

長野地方気象台の風向 ・ 風速は西風で1.7ms であり、DL報値を利用した。雲微物理過程は Lin スキーム（Lin et

１号機が捉えた強風よりも弱かった。

al. 1983）を採用し、積雲対流パラメタリゼーションは使－1－1

図９に2015年８月７日22時36分～23時00分の DL２号用していない。鉛直層数は40層とし、モデルの最上端は機の視線方向の風速を示す。DL２号機の高度角10°の視100hPa とした。地温と土壌水分量は同時刻の NCEP

線方向の風速は、中心から南西約500m 付近に南西方向（National Center for Environmental Prediction：米国環からの風であり、収束しているように思われる（図９ａ境予測センター）提供の FNL（Final Analysis）データ～ｅ）。また、高度角20°と高度角30°における中心から南を使用した。MSM の水平分解能は５km であり、FNL西約500m の同じ領域の視線方向の風速値を見ると、高の水平分解能は111km である。地表面モデルは、Noah

度角10°の南西方向からの風速値とあまり変わらなかった

Land-Surface Model（Chen and Dudhia 2001）を、短波（図９ｈ，９ｍ）。この時間の長野地方気象台の風向と比放射は RRTM scheme（Mlawer et al. 1997）を、長波放較すると、西～南西方向からの風であった。ところが中射は Dudhia scheme（Dudhia 1989）を、大気境界層は心付近の風を見ると、北西風が強かったのがわかる。つMellor-Yamada-Janjic scheme（Janjic 1994）をそれぞれまり、この付近の時間帯では、南西風と北西風の２つの使用した。

流れがあったと推測される。

66

地球環境研究，Vol.19（2017）

図８

2015年 ８ 月 ７ 日22時36分～23時00分の DL 1 号機の ⒜～⒠ 高度角10°、⒡～⒥ 高度角20°、⒦～⒪ 高度角30°における視線方向の風速。太枠には長野地方気象台の風向と風速を示す。

図９

2015年 ８ 月 ７ 日22時36分～23時00分の DL 2 号機の ⒜～⒠ 高度角10°、⒡～⒥ 高度角20°、⒦～⒪ 高度角30°における視線方向の風速。太枠には長野地方気象台の風向と風速を示す。

67

長野市におけるドップラーライダを用いた山風の観測とWRF による数値実験（高咲・吉﨑・鈴木パーカー・渡来・武井・榊原・浜田）

図10

図11

WRF モデルの計算領域。

2015年 ８ 月 ７ 日22時15分の ⒜ 地上付近の温位と水平風の分布と ⒝ 同時刻の測線 A - A’ に沿った鉛直断面図。⒜ の○は DL を設置した地点、□は長野地方気象台、⒝ の▲は DL を設置した地点を示す。

６ ．2015年 ８ 月 ７ 日～ ８ 日における山風の再現結果
WRF モデルによって再現された山風と DL が観測したさとほぼ同じであった。裾花川谷口から長野市内に向かって吹き下ろす山風が再現されたと思われるので、次に詳細に解析した。

山風を比較するために、図11に８月７日22時15分の長野市およびその周辺における地上付近の温位分布と水平風と同時刻の測線 A - A’ に沿った鉛直断面図を示す。モデル結果から裾花川谷口から長野市街地に向かう西北西風

７ ．モデルで再現された2015年 ８ 月 ７ 日～ ８ 日の山風の時間変化および鉛直構造が吹走していたことがわかる。この西北西風は、約３～

図12に2015年８月７日22時00分～22時40分の長野周辺５ms の風速であった。温位の水平分布は、長野市街地の地上付近の温位と水平風の時間変化と同時刻の測線 Bを除いてほぼ等高線に沿って上昇しており、高所ほど高- B’ の鉛直断面図を示す。22時00分に裾花川谷口付近で温位となっていた（図11ａ）。

は温位の低下が見られ、温位が低下した領域は徐々に拡－1

図11ｂの測線 A - A’ の鉛直断面図を見ると、谷側から大していた（図12ａ）。22時20分には裾花川谷口から市内DL の地点にかけて地上から250ｍ付近までは強風となっに吹き下す西北西の風となった（図12ｂ）。この西北西風ており、この強風域は DL が捉えた山風の鉛直方向の厚は22時40分には谷筋を一気に滑走し、強風となる様子が68地球環境研究，Vol.19（2017）

図12

2015年 ８ 月 ７ 日22時00分～22時40分の地上付近の温位と水平風の分布と同時刻の測線 B - B’ における鉛直断面図。
（a, d）22時00分、（b, e）22時20分、（c, f）22時40分。側線 C - C’、側線 D - D’、側線 E E’ は図13における断面図を示す。▲は DL を設置した地点と⒡中の赤破線の楕円は、ハイドロリックジャンプが起こったとされる領域を示す。

見て取れた（図12ｃ）。また、裾花川からの山風が表れた付近から吹いてくる風であったと考えられる。

時間には南側に位置する犀川から吹出す南西風が長野市

次に、測線 B-B’ における温位の時間変化から、８月７に吹き込む様子も見られ、裾花川からの北西風と犀川か

日22時00分には水平距離３～４km では、地上から約300らの南西風の二方向からの風が合流する風の場となってｍにかけて斜面に沿う下降流が見られた（図12ｄ）。このいた。この南西風は、DL２号機が捉えた南西風と同様の下降流は、22時20分には風速は約3.5ms－1となった。風上風向であることから、DL２号機で捉えた南西風は、犀川側には新たに谷筋からの下降流が見られ、時間経過と共69

長野市におけるドップラーライダを用いた山風の観測とWRF による数値実験（高咲・吉﨑・鈴木パーカー・渡来・武井・榊原・浜田）

図13

 花川谷筋における温位と風の南北の鉛直断面図。⒜ 22時00分の C-C’ 断面、⒝ 22時20分の D-D’ 断面、裾⒞ 22時40分の E-E’ 断面。の観測と WRF モデルを用いて裾花川およびその周辺の山風の解析を行った。この期間は全国的に猛暑であり、長野市では比較的晴天であった。８月７日夜間から８日の明け方までには、裾花川谷口からの４～５ms－1の山風が吹いていた。また、DL で捉えた山風の鉛直プロファイルから厚さは200ｍ程度であった。モデル結果でも、裾花川から山風の厚さは地上から約200ｍであり、DL で捉えた山風の厚さと同じであった。図14に長野で観測した山風の概念図を示す。地上付近の温位の時間変化から、

図14

長野市裾花川谷口付近で観測された山風の概念図。

空気塊は裾花川谷口付近から流れ始め、一気に斜面を滑走する山風が見られた。この時の温位低下は、0.5～１K程度であった。また、長野市内では裾花川からの山風（西に裾花川からの山風は強化していた（図12ｅ）。22時40分北西風）と犀川から吹き込む風（南西風）とが合流するには、風上側の下降流は斜面を一気に滑走し、山風の厚風の場であることがわかった。さらに、風が合流する裾さは地上から約500ｍまで達した（図12ｆ）。さらに、裾花川周辺では、下降流がジャンプするのが見られたこと

花川谷口付近では山風はジャンプする様子が見られるこから、ハイドロリックジャンプが起きていたと考えられとから、ハイドロリックジャンプが起きていたと考えらる。

れる。

しかしながら、2015年８月７日～８日の事例では裾花

図13に裾花川谷筋を南北方向に見た温位と南北風の鉛川からの山風よりも、長野市内の方が温位は低下してい直プロファイルを示す。22時00分の C - C’ 断面では、両たため、市内でヒートアイランドが起きていなかったも側の山から谷間に向かって斜面下降風が見られ、谷底でのと考えられた。今後こうした事例を積み重ねて、山風は山腹よりも温位は低下していた。22時20分の D - D’ 断および局地循環を明らかにしてゆきたい。

面では、裾花川左岸の飯綱高原からの斜面下降風があり、谷底では循環がみられた。22時40分の E - E’ 断面では、

参考文献

裾花川の谷口よりも温位は0.5～１K 程度低下していたこ

浅井富雄（1996） ローカル気象学．東京大学出版会 pp248.とから、冷却された空気塊が長野市内に流れでたとものChen, F., and J. Dudhia, 2001: Coupling an advanced land

考えられる。

surface-hydrology model with the Penn State-NCAR MM5８ ．まとめ

Dudhia, J., 1989: Numerical study of convection observed

modeling system. Part I: Model implementation and sensitivity. Mon. Wea. Rev., 129, 569-585.

本研究では、2015年８月１日～８日の期間について DL70

during the winter monsoon experiment using a mesoscale

地球環境研究，Vol.19（2017）
two-dimensional model. J. Atmos. Sci., 46, 3077-3107.

Mlawer, E., S. Taubman, P. Brown, M. Iacono, and S.

Janjic, Z. I., 1994: The step-mountain eta coordinate model:

Clough,1997: Radiative transfer for inhomogeneous atmo-

further developments of the convection, viscous sublayer,

spheres: RRTM, a validated correlated-k model for theand turbulence closure schemes. Mon. Wea. Rev., 122,longwave. J. Geophys. Res., 102, 16663-16682.

927-945.

長野県環境保全研究所（2009）：長野県におけるヒートアイラ

狩野真規 ・ 三上岳彦（2003）：谷口に位置する青梅市周辺におけるヒートアイランド現象と山風の吹走との関係．天気，50，81-89

ンド現象の実態に関する調査研究報告書．長野県環境保全研究所研究プロジェクト成果報告，７．
Skamarock, W., J. B. Klemp, J. Dudhia, D. Gill, D. Barker, M.

Lin, Y.-L., R, D. Farley, and H D. Orville, 1983: Bulk parame-Duda, X. Huang, W. Wang, and J. Powers, 2008: A descrip-terization of the snow field in a cloud model. J.Climatetion of the Advanced Research WRF Version 3.

Appl. Met., 22, 1065-1092

www.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/arw_v3.pdf.（2016年

浜田 崇 ・ 一ノ瀬俊明（2011）：山風の流入による夏季の都市

http://11月20日観覧）

気温への影響．地学雑誌，120（２），403-410.

Numerical Experiment with WRF Model and Doppler Lidar
Observation of Mountain Breezes in Nagano City
TAKASAKI Yoshinori ＊ , YOSHIZAKI Masanori ＊＊ , SUZUKI-PARKER Asuka ＊＊WATARAI Yasushi ＊＊ , TAKEI Yu-ki ＊＊＊ , SAKAKIBARA Yasushi ＊＊＊＊ , HAMADA Takashi ＊＊＊＊＊＊Graduate School of Geo-environmental Science, Rissho University＊＊
Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University＊＊＊
Student, Rissho University＊＊＊＊
Faculty of Education,Shinshu University＊＊＊＊＊
Nagano Environmental Conservation Research Institute

Abstract:
The mountain breezes were captured by Doppler lidar（DL）in Nagano city. Analysis target is 8th from August
1, 2015. During this time Nagano city experienced a heat wave under the influence of Pacific anticyclone. Analysis
based on line-of-sight （LOS） data from DL revealed that the mountain breezes at the Susobana river valley
entrance had a thickness of 100 to 200 m. Furthermore, numerical simulation using the WRF model showed thatthe mountain breezes （northwesterly） from Susobana river valley entrance converge with background winds（southwesterly）. In the convergence area, mountain breezes exhibited hydrolic jump-like nature.
Key words: Mountain breeze, Doppler lidar, Susobana river, Hydrolic jump71