防災減災への取組

ＳＩＰ「線状降水帯の早期発生及び発達予測情報の高度化と利活用に関する研究」について
国立研究開発法人防災科学技術研究所
水 ・ 土砂防災研究部門 主任研究員 清水 慎吾
観測技術では大変困難となっており、その結

１ はじめに果「逃げ遅れ」による被害が多数発生してい強雨が数時間以上に渡って継続し、河川氾ます。こうした「逃げ遅れ」を防ぎ、被害を濫や土砂災害等の深刻な被害を引き起こす集軽減させるためには、避難に必要なリードタ

中豪雨の発生が近年多発しています。最近のイムで、線状降水帯の時間・空間スケールを研究によると、集中豪雨の６割以上は、台風表現できる分解能で正確な雨量予測を行うこを除くと線状降水帯（線状に並んだ複数の積とが必要です。内閣府による戦略的イノベー

乱雲群：図１）によって引き起こされているション創造プログラム (SIP) の１課題であるといわれています。2017 年７月５日九州北部、「国家レジリエンス（防災・減災）の強化」（代表：2018 年７月５日は全国の広範囲で、2019 年８海洋研究開発機構

月 26 日佐賀県、2020 年７月４日熊本県、７

い線状降水帯の観測・予測システムの開発（代月６日九州北部において、毎年のように線状表：防災科研

降水帯が発生し、甚大な水害・土砂災害が報ように、十分な避難に要する時間、即ち半日告されており、線状降水帯の予測による事前前程度に、線状降水帯の発生が見込まれる地対応は喫緊の課題となっています。しかし、域を大まかに特定し、最新水蒸気観測網を整数 10 km から 100 km 程度の比較的狭い範囲に備し、観測データを用いた最新の数値予測手

数時間のうちに記録的な大雨をもたらす線状法を用いて、高解像度で高頻度に雨量予測情

降水帯を事前に予測することは、既存の気象報を提供することで、線状降水帯が発生する堀 宗朗）において、新し清水）を推進し、図２に示す２時間前に、避難区分単位の精度で災害発生地域を絞り込む技術を開発しています。本稿
では、紙面の制約から、この取組の中で開発した最新の線状降水帯降雨予測法の概要を中心的に紹介し、令和２年７月豪雨での適用結果を簡潔にまとめます。
図１ 2014 年広島市で観測された線状降水帯（レーダ３次元画像：色は降雨の強さを示す。）とその発生プロセス。黄色で示した強い雨域の塊はそれぞれ１つの積乱雲を示している。

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図２

線状降水帯の３つの対策による、災害発生の半日～２時間前に避難支援情報を提供する概念図。

年７月４日夜中０時過ぎに熊本県南部で発生

リードタイムが異なる２つの２ 予測法の活用した線状降水帯に対して、前日 16 時に線状降水帯が発生する可能性が高いことを自治体

線状降水帯が発生しやすい環境場の特徴を（熊本市と鹿児島市）にメールで通知すること過去に発生した数百の線状降水帯事例においができました。これまでの日本気象協会によて統計的に解析することで抽出し、半日先のる精度評価の結果、早期予測情報は線状降水複数の気象予測要素から線状降水帯の発生可帯の正確な発生位置（例えば熊本県人吉市○能性をレベル化して診断する「線状降水帯イ○地区など）を予測する精度を持っておらず、ンデックス」と呼ばれる手法を気象庁が開発熊本県、鹿児島県という県単位での予測は可しています。本プロジェクトでは気象庁と協能であると分かってきました。また、見逃し力し、日本気象協会が中心となって、この半は非常に少ないですが、同時に空振りが非常日先における線状降水帯の発生可能性の情報に多いということも分かってきました。2020（以後、早期予測情報と呼ぶ）を実証実験（2019年度に日本気象協会が気象庁や気象研究所と年７月から継続中）に参加している自治体に協力し、本プロジェクトが線状降水帯インデッ配信することで、早期の事前対応が可能かどクスの条件を見直すことで、空振りを低減し、うかを検証しています。具体的には、夕方 15結果として予測精度の向上に成功しました。

時頃に翌朝６時までの早期予測情報を活用す自治体のニーズに沿った、空振りの更なる削ることで、自治体は日没前までの避難完了に減を課題としながら、半日前の早期予測情報向けた時間的余裕を確保し、そのための人員を「気づき」のトリガーとして活用する等、体制を早期に作ることができると考えていま

具体的な利活用法の検討を自治体および気象す。実際に令和２年７月豪雨において、2020庁と連携しながら研究を進めております。

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半日前の予測だけでなく、リードタイムは平方向の広がりを持ち、高さは 10 ㎞以上に発２時間と短くなりますが、より高い確度を持っ達します。線状降水帯を正確に予測するためた雨量の予測情報の提供も同時に行っておりには、線状降水帯を構成する積乱雲を十分にます。まずは予測精度向上に必要な観測デー捉えられる稠密な観測と解像度１km 程度の分タについて説明します。私たちの取り組みで解能を持つ予測が必要となります。本プロジェ

は図３に示すような様々な現業機関による気クトでは、これまでリアルタイムで取得が難象観測データに加えて、世界に類を見ない水しかった大気下層の水蒸気の観測を特に強化

蒸気観測網を独自に整備し、それを活用したし、雨量予測精度を向上させる取り組みを進

降雨予測を行っています。気象庁アメダスがめており 2020 年にその整備を着手しました

観測した地上の風向・風速、国交省 XRAIN が（図３）。2020 年度の予測において、８月末ま観測した風と雨の３次元分布、福岡大学と気では気象庁アメダスと国交省 XRAIN のデータ象研究所の水蒸気ライダーが観測した水蒸気同化をリアルタイムで実施し、９月以降におの高度分布、防災科研のマイクロ波放射計がいて水蒸気ライダーやマイクロ波放射計の観観測した可降水量（鉛直方向に積分した水蒸測を予測に取り込むことに成功しました。

気の総量）を観測後１分以内に集約し、観測こうした様々な観測データを元に２時間先情報を適切に予測へ活用する「データ同化」の降雨予測を行う計算フローを図４に示しまという手法を用いて、予測の初期値をより現す。防災科研のスパコンを利用して、観測終実に近い状態に改善した上で、２時間先までの降雨予測を 10 分毎に更新する予測システムを防災科研が開発しました。2020 年度内には、情報通信研究機構と日本アンテナ株式会社が開発した、世界で類を見ない地上デジタル放送波を利用した水蒸気観測システムが導入され、2021 年の暖候期には実際に予測に活用する予定です。線状降水帯は冒頭にも述べた
ように、数 10 km から 100 km 程度の比較的狭い範囲に数時間のうちに記録的な大雨をもたらす現象です。その発生メカニズムは、図１に示した
ように、１つの積乱雲が通過しても別の新しい積乱雲が風上で繰り返し発生・通過することで、同じ場所で 図３ 線状降水帯の雨量予測に用いられる観測データと予測領域（東西数時間にわたって大雨が持続し、その結果として線状の降水分布が出現すると説明されています。線状降水464 km ×南北480 km）。白四角が気象庁アメダス観測点、青丸が国交省XRAINのレーダの位置と青い円がその観測範囲（半径80 km）、赤丸が2020年に運用を開始した水蒸気観測（甑島、野母崎が水蒸気ライダー、福江がマイクロ波放射計）、黄丸が2021年から運用を開始する水蒸気観測（地デジ水蒸気観測）をそれぞれ示します。

帯を構成する積乱雲は 10-20 ㎞の水118

防災減災への取組
了後１分以内に観測データをデータ同化技術

数値予測による予測結果に置き換えるブレンにより、最適な初期値を 10 分毎に作成します。

ディング予測を採用しています（図４）。さら

作成した初期値を使って格子解像度１km で九に、ブレンディング予測において、高解像度州全体の領域に対して２時間先までの予測計

ナウキャストと数値予測のそれぞれの予測降算を 10 分以内に完了させます。予測には力学

雨位置の平均的な位置ズレを評価し、累積積過程・乱流過程・熱力学過程・大気放射過程・算雨量を計算する際に位置ズレを補正するこ

雲物理学過程の方程式をモデル化した精緻なとで、積算雨量の過小評価を防ぐ計算法を開雲解像数値シミュレーションを利用します。

発しました（詳細は参考文献１に記載）。自治

計算を確実に、かつ、スピーディに完了する

体が避難勧告・避難指示を発表する場合の基ために、防災科研のスパコンの 1000 以上の準や気象庁大雨特別警報の発表基準において、CPU コアを本プロジェクトが常時占有してい３時間積算雨量が利用されることが多いので、ます。数値予測は、データ同化による最適な予測された２時間雨量と現在から過去１時間初期値を利用したとしても、予測開始直後かまでの雨量を合計し３時間積算雨量を提供しら 30 分以内に激しい降雨を予測することを苦ています。さらに３時間積算雨量を過去 30 年手としています。そこで、本プロジェクトで間の雨量統計情報を参照し、「降雨の稀さ」には予測開始後１時間までは気象庁の高解像度変換します（図４）。気象庁の大雨特別警報のナウキャストによる予測結果を使い、徐々に発表基準においても、３時間降水量（または図４ ２時間先雨量のための計算フロー図。
（１）観測データをデータ同化することで初期値を作成し、（２）雲解像数値モデルを使った大規模並列計算を行い、２時間先予測を実施し、（３）気象庁高解像度ナウキャストとブレンドし、さらに予測の位置ズレを補正した上で積算雨量を計算し、（４）得られた積算雨量を過去の雨量統計を元に再現期間を計算し、実証実験に参加している自治体へ配信します。

1948 時間降水量）及び土壌雨量 指数が50 年に一度の値以上となったメッシュが 10 メッシュ以上まとまって出現した
場合に発表されるとされており、降雨の稀さ情 報が災害発生と大きく関係することが知られています。本プロジェクトにおいても、 積 算雨量とその降雨の稀さを 10 分毎に提供することで、数十年に一度の大雨が 図５ ７月３日23時40分に予測した3時間積算雨量の分布（上図）と3時間積算雨量を降雨の稀さを示す再現期間に変換した分布（下図）。
発 生 す る 地 域 を、災害発生２時間前に避難区分単位に対応した４日朝にかけて熊本県南部で発生した線状降

高時空間分解能で特定し、自治体の避難勧告・水帯の３時間積算雨量と降雨の稀さを示す再指示の判断支援が可能かどうかを検証します。

現期間の分布を示します。線状降水帯が発生した７月４日０時 40 分の１時間前にあたる、３ 実際の災害事例での適用例

７月３日 23 時 40 分に線状降水帯の発生基準開発した２時間先予測法を 2019 年８月にを満たす降雨域（3 時間積算雨量が 80 mm を佐賀県で発生した線状降水帯に適用し、現在超える線状の降雨域）を予測できました（図の予測精度を大きく上回ることを確認しまし５上）。さらに３時間積算雨量を降雨の稀さをた ( 参考文献１)。２時間先までの予測の有効示す再現期間に変換した分布（図５下）にお性が確認できたことから、2020 年３月に特許

いて、人吉市の南側の山岳域と球磨川流域にを出願し、さらに 2020 年６月から試験運用を50 年に一度の雨量を予測しました。線状降水開始しました。2019 年度と 2020 年度の実証帯が発生した熊本県南部の自治体は実証実験

実験には、福岡県北九州市、朝倉市、八女市、に参加していないため、こうした予測情報が、うきは市、東峰村、大分県日田市、熊本県熊実際の避難指示・避難勧告にどのように貢献本市、阿蘇市、鹿児島県鹿児島市の９つの自したかを検証することはできませんが、本プ治体が参加しています。東峰村のみ試験的にロジェクトの予測情報が、自治体の避難勧告先行して配信を６月に開始し、それ以外の自や住民の自主避難判断を支援する既存の警戒治体には 2020 年７月下旬に２時間先予測の配情報に比べて、どの程度のリードタイムを確信を開始しました。図５に開発した予測シス保し、その精度が十分であるかを検証するこ

テムで予測された、2020 年７月３日深夜からとは可能であると考えます。ここでは、土砂120

防災減災への取組
災害警戒情報との比較を行います。土砂災害警戒情報は大雨警報（土砂災害）が発表されている状況で、命に危険を及ぼす土砂災害がいつ発生してもおかしくない状況となったときに、市町村長の避難勧告や住民の自主避難の判断を支援するよう、対象となる市町村を特定して警戒を呼びかける情報で、都道府県と気象庁が共同で発表する情報です。土砂災害警戒情図６ ２時間先予測による3時間積算雨量(下段)と実際に観測された３時間積算雨量（上段）の比較。楕円は自動検出技術によって検出された線状降水帯の位置を示します。

報が７月４日０時 30 分に人吉市に発表されて雨において、これまで困難であった半日前にいることから、土砂災害警戒情報よりも 50 分

線状降水帯の発生の可能性を予測し、現在の早く、災害発生の可能性の高い大雨が起こる

技術を上回るリードタイムで線状降水帯の雨ことを予測できたと言え、既存の警戒情報よ量を予測することができ、それぞれの有効性りも避難に向けた長いリードタイムが確保でを確認することができました。来年度には今きる可能性があることを示しました。線状降年度整備した水蒸気観測情報を利用すること

水帯は７月４日０時 40 分以降、午前 10 時頃で更なる精度向上が期待できます。最終的にまで継続して熊本県南部に停滞し続けました。

は線状降水帯からの「逃げ遅れ」を防ぎ、被日本気象協会が開発した線状降水帯自動検出害を軽減させるための強力なツールとして社技術により、実証実験に参加した自治体にリ会実装されるように開発を継続していきたい

アルタイムで線状降水帯の現況情報を提供しと思っています。ています。現況把握に関する成果は、日本気象協会によって７月 17 日にプレス発表資料（参考資料２）にて報告されています。本プロジェクトで開発した２時間先予測においても
図 6 に示すように、１時以降連続して線状降水帯の停滞を正しく予測することができまし＜参考資料＞
１. 清水慎吾 , 加藤亮平 , 前坂剛 , 2020: 2019 年
８月 28 日に佐賀県に大雨をもたらした線状降水帯の予測可能性に関する研究 , 防災科学技術研究所
主要災害報告 , 56, pp13-21,(in press).
２. 日本気象協会 , 2020: 令和２年７月豪雨における降水量の特徴（速報）ｰ線状降水帯、異例の 11 時 間 以 上 継 続 -, https://www.jwa.or.jp/news/2020/07/10461/ (2020 年 11 月 26 日最終閲覧 )た ( 図６では３時から４時 30 分の予測のみを示します )。

４ まとめ
本プロジェクトで開発した線状降水帯の２つの予測法の概要を紹介し、令和２年７月豪21