京都大学防災研究所年報 第 56 号 B 平成 25 年 6 月
Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No. 56 B, 20132009年10月13～14日に発生したAtmospheric Riverの予測可能性
The Predictability of Atmospheric River during 13–14 October 2009

宮地哲朗・榎本剛
Tetsuro MIYACHI and Takeshi ENOMOTO
SynopsisAtmospheric River (AR) is long and narrow filaments extending from tropics toextratropics, which often cause extreme precipitation along the US western coast. The
predictability of AR during 13–14 October 2009 is investigated by numericalexperiments using the NCEP Global Forecast System (GFS).
For a 7-days lead time, GFS was able to predict AR’s shape and location, on the otherhand, ECMWF and JMA operational forecasts fail to predict them and had northward
bias. To distinguish between the forecast errors attributable to the initial condition andthose to the model, GFS was run from the initial conditions created from ECMWF
analysis data. The northward bias of AR location was reduced by using GFS. This
indicates the forecast errors of AR in ECMWF operational forecast are mainly
attributable to the model.

キーワード: Atmospheric River, TIGGE, 数値天気予報, 予測可能性
Keywords: Atmospheric River, TIGGE, numerical weather forecast, predictability

1.

はじめに

Atmospheric River（AR）は熱帯から中緯度へ伸びる細長い水蒸気の極大域であり，太平洋や大西洋，南半球の海上でしばしば観測される．ARは典型的に
は 幅 約 400km 以 下 ， 長 さ 数 千 km の ス ケ ー ル を も ち（Ralph et al. 2004），狭い領域に多量の水蒸気フラックスを伴った現象である．
ARは全球の水蒸気南北輸送において主要な役割を果たしている．Zhu and Newell (1998) はARに伴う熱帯から中緯度への南北水蒸気輸送は，全球輸送量

Fig.1 Composite SSM/I satellite imagery of columnの90%を占めると述べている．ARの局所的な強い水

integrated water vapor (cm) in local evening on 13 Oct

蒸気フラックスは，中緯度の温帯低気圧に伴って対2009.

流圏 下 層で 大 き な値 を もち ， 温帯 低 気圧 の warm
conveyor belt の一部となっている．ARが陸地に達す
ると，AR内での収束や山岳による上昇流により，地

2004; Ralph et al. 2011）．
Fig.1は，衛星マイクロ波放射計の観測から得られ形性降雨が生じやすく，豪雨・豪雪をもたらすことた2009年10月13日の太平洋上の可降水量分布である．

がある．北米西岸域では，ARに関連した豪雨や洪水

太平洋を東西に横切る可降水量極大域が観測され，災害の事例がいくつか報告されている（Ralph et al.

長さ10000km以上の非常に長いARが形成されている．

― 281 ―

Fig. 2

Latitudal maxima of column integrated water vapor (larger than 3 cm) between 25°N and 60°N of (a,d)

NCEP, (b,e) ECMWF, (c,f) JMA control run forecasts and ERA-interim reanalysis (black line) valid at 12UTC 13 Oct
2009. The left figures (a-c) are based on 24-h (blue), 72-h (red) and 120-h (green) forecast leads, and the right (d-f)
are based on 144-h (blue) and 168-h (red) forecast leads (the line of 144-h leads forecast of NCEP is not showed due
to missing data in TIGGE portal site). The gray-shaded area shows more than 3 cm integrated water vapor area of theanalysis.
このARは10月7日から8日にかけて日本付近を北上平1.25度格子）を使用した．

した台風に伴って太平洋の西側から形成され始め，10月13日に北米西岸に達した．このARによりカリフ
ォルニア州では24時間に495mm以上の豪雨が観測されている（Ralph et al. 2011）．

2.2

数値実験

予 報 実 験 に は ， NCEP の 全 球 大 気 モ デ ル GFS（Global Forecast System）の 2010 年での現業バージ

本稿では2009年10月13日から14日にかけて発生し，米国西岸に豪雨をもたらしたARについて，その予測ョンを用いた．解像度は T126L64（水平約 1.0 度，鉛直 64 層，上端 0.3hPa）とし，各日 12UTC を初期可能性を調査した．特に，現業数値予報センター間時刻として，2009 年 10 月 13 日 12UTC まで積分し，の予測結果の違いに着目して，予報データの解析と，予報実験を行った．予測精度の初期値，モデル依存現業モデルを用いた初期値交換実験により調べた．

性を調べるために，NCEP と ECMWF の解析値を初期値とした 2 種類の予報実験を行った．初期値には2.

データと実験設定

2.1

使用データ

それぞれ NCEP-CFSR のモデル面解析値，およびECMWF の客観解析値を GFS の格子点とモデル面に合わせて，水平方向にはスペクトル内挿，鉛直方向予報データの解析には，TIGGE（The THORPEXには 3 次内挿を行って作成したものを用いた．内挿Interactive Grand Global Ensemble）データから，米国前の ECMWF 客観解析値は，水平 1 度格子，σ-p ハ

環境予測センター（NCEP），ヨーロッパ中期予報セイブリッド面鉛直 91 層である．境界値は，いずれのンター（ECMWF），および気象庁（JMA）の中期ア実験も NCEP-CFSR の値で統一した．

ンサンブル予報データのうち，初期摂動の含まれないコントロールランの結果を使用した．解析期間で3.

各センターの予測精度ある2009年10月時点での，各センターの中期アンサ
ンブル予報で使用される 数値モデルの解像 度は，まずTIGGEデータを用いて，各センターのARの予NCEPがT126L28（水平約1.0度，鉛直28層，上端約測精度について，特にその形状と米国西岸への到達3hPa），ECMWFがTL399L62（水平約0.45度，鉛直62位置に着目して解析を行った．Fig.2は各経度におけ層，上端約0.5hPa），JMAがTL319L60（水平約0.56

る3cm以上の可降水量最大緯度で定義した，NCEP，度，鉛直60層，上端0.1hPa）である．また，比較対ECMWF，JMAのコントロールランの10月13日12UTC

象とする解析値には，ERA-interim再解析データ（水における24，72，120時間予報（Fig.2a-c）と，144,168― 282 ―時間予報（Fig.2d-f）でのARの中心位置である．
7日という比較的長い予測期間でも，どのセンターもARの発生と米国西岸への到達を予測できている．
これは，ARの発生の水蒸気源となった日本付近の台風の北上が，予測の初期段階であったことが影響していると考えられる．ARの形状と米国西岸位置の到達位置に関しても，5日予報までは，3つのセンターの予測はどれも，解析値でも可降水量の多い領域にある（Fig.2の陰影）．米国西岸への到達位置もカリフォルニア州周辺への多量の水蒸気の流入を予測していた（Fig.2 a-c）．しかし，6日予報以降になると，ARの形状がばらつくようになり，到達位置に予報センター間の違いがみられるようになる．7日予報でも，NCEPの予測ではカリフォルニア州への到達を予測できているのに対して，JMA，ECMWFの予測では到達位置が北偏し，特にECMWFの予測ではAR中心の到達位置が解析値に比べ，7度以上北に位置していた（Fig.2d-f）．この北偏に伴って，ECMWFの予測では，カリフォルニア州の北側での降水が，主に予測されていた（図略）．

Fig. 3 Mean sea level pressure (contour, hPa) andforecast error (shading) of (a) ERA-interim reanalysis
and (b) 172-h forecast of ECMWF control run valid at
12UTC 13 Oct 2009. The contour interval is 5 hPa.

AR到達位置の北偏はアラスカ湾で発達した低気圧の位置や形状と関連している．解析値では低気圧の中心位置は北緯42度付近にあり，その形状も南まで伸びて発達し，カリフォルニア州に低気圧に伴う下層の風が吹き込みやすい状況にある（Fig.3a）．一方，ECMWFの予測結果では低気圧の中心位置が北偏して北緯50度付近に位置しており，形状も東西に伸びて誤差が大きい（Fig.3b）．ARは温帯低気圧の下層ジェットに伴うことが多いため，この低気圧の北偏がAR到達位置の北偏誤差に影響していると考えられる．

Fig. 4 As in Fig.2d-f, but for the GFS runs from (a) NCEP
initial condition and (b) ECMWF initial condition.

4.

初期値交換実験を初期値とした予報実験では，TIGGE のコントローECMWF のコントロールランにおける AR の誤差

ルランで生じていた AR 到達位置の大きな北偏は見が生じた原因を調べるために，最も予測誤差が小さられず，AR は 6，7 日予報でも到達位置をよく予測かった NCEP の予測に使用された数値モデル GFS をしている（Fig.4b）．さらに，アラスカ湾で発達した用いて，ECMWF の解析値を初期値とした実験を行

低気圧の予測誤差も減少しており（Fig.5），アラスカった．比較のために，NCEP の解析値を初期値とし湾の低気圧の予測精度と AR 到達位置の予測精度がた実験も行った．

関係していることを示している．

Fig.4 は，10 月 13 日 12UTC における 6 日,7 日予報実験の結果である．NCEP の解析値を初期値とした

5.

まとめ

予報実験では，北米西岸到達位置の予測は TIGGE のコントロールランと同じく，7 日予報まで可能であ2009年10月に太平洋上で発生し，10月13日から14った．また，AR 中心位置の形状や北米西岸到達位置日にかけて米国西岸に達して，カリフォルニア州にの誤差も小さく，カリフォルニア州付近への到達を豪雨をもたらしたAtmospheric Riverの予測可能性を，よく予測している（Fig.4a）．これは，解像度やモデ複数の現業センターの予測結果の解析と，現業モデルのバージョンが異なるものの，Fig.2d のコントロルを用いた数値実験により調べた．

ールランの結果と整合的である．ECMWF の解析値

NCEP，ECMWF，JMAの予報データの解析から，― 283 ―誤差は改善し，アラスカ湾の低気圧の予測誤差も減少した．
初期値交換実験の結果は，ECMWFの6，7日予報に見られた，ARの北米西岸到達位置の大きな北偏とアラスカ湾で発達した低気圧の予測誤差は，初期値の誤差ではなく，モデルの違いにより生じた誤差の影響が大きかったことを示唆する．

謝辞

本稿で使用したGFSの移植作業は，京都大学防災研究所「組織的な若手研究者派遣プログラム」より旅費の支援を受け，メリーランド大学に滞在して行った．GFSの移植および使用方法に関して，三好建正准教授（当時）及び太田洋一郎氏の助言を受けた．

参考文献

ARの北米西岸への到達は7日予報まで，予測できていたものの，その形状や豪雨が観測された北米西岸到達位置の予測精度では，6日予報以降，各センター

Ralph, F. M., Neiman, P. J., and Wick, G. A. (2004):の予測結果に違いが見られた．NCEPの予測では7日

Satellite

予報でも，形状の誤差は小さく，カリフォルニア州

atmospheric rivers over the eastern North Pacific Ocean

付近への到達を予測していたものの，ECMWF，JMA

during the winter of 1997/98, Mon. Wea. Rev., Vol. 132,andCALJET

aircraftobservationsofの予測では誤差が大きくなり，特にECMWFの予測でNo. 7, pp. 1721–1745.

は，その到達位置が大きく北偏していた．この北偏Ralph, F. M., Neiman, P. J., Kiladis, G. N., Weickmann,Fig. 5 As in Fig.4, but for the GFS runs from (a) NCEP

K. and Reynolds, D. W. (2011): A multiscaleinitial condition and (b) ECMWF initial condition.

observational case study of a Pacific atmospheric river
exhibiting tropical–extratropical connections and a

誤差は，アラスカ湾で発達した低気圧の予測誤差とmesoscale frontal wave, Mon. Wea. Rev., Vol. 139, No.

関連している．

4, pp. 1169–1189.

ECMWFの予測におけるAR到達位置の北偏誤差のZhu, Y., and Newell, R. E. (1998): A proposed algorithm

原因を調べるために，NCEPの現業数値モデルGFSを

for moisture fluxes from atmospheric rivers, Mon. Wea.

用いて，ECMWFの解析値から作成した初期値からのRev., Vol. 126, No. 3, pp. 725–735.

予報実験を行った．モデルをNCEPのモデルに変えることにより，7日予報において，AR到達位置の北偏― 284 ―（論文受理日：2013年6月10日）