研究会報告：（メソ気象；衛星観測)

第27回メソ気象研究会報告

１．はじめにの関係を調査し，これに基づいて MWR からメソスケールから総観・惑星規模にわたる雲・降水リトリーバルされる降水強度を CRM へ同化す

過程の階層構造の全貌を理解する上で，衛星観測は重る方法を開発する．

要な研究手段の１つである．とくに，地上観測ネット

本研究は，M WRTB から降水強度をリトリーバル

ワークの及ばない熱帯海洋上などの地域では，衛星モするアルゴリズムを開発した．このアルゴリズムは，ニタリングは欠かせない観測手段といえる．過去10年

陸上では高周波（37.85GHz）の散乱シグナルを降水のあいだに，地球観測衛星史上特筆すべき進歩が相次強度に変換する．また，海上ではこれに加えて，低周いだ．日米協力プロジェクトである熱帯降雨観測計画

波（10.19GHz）の雨からの放射シグナルも利用す（TRMM ）や 米 国 AQUA 衛 星 が 軌 道 に 乗 り，ま たる．このアルゴリズムでリトリーバルされた降水強度

2006年４月には米国の CloudSat 衛星が打ち上げられを TRMM PR，地上レーダ，GPCP のデータと比較た．こういった技術革新を受け，衛星リモートセンシ検証した．その結果，海上では，検証データとよい対ングによる雲・降水気象／気候学研究は大きく前進し応がみられたが，陸上では，強い降水を過小評価するつつある．

傾向がみられた．

2006年10月24日（火）に名古屋市ウィルあいちにて

本研究は，地上降水強度と CRM 物理量の予報誤差

開催された第27回メソ気象研究会では， 宇宙から観の関係を，Ensemble 予報の出力を用いて調べた．こる雲と雨」と銘打ち，衛星観測研究の最前線で活躍すのため，様々な初期摂動を用いた Ensemble 予報実験

る中堅・若手研究者を講師に招いた．各講演の概要をや，異なる事例についての Ensemble 予報を実行し以下にまとめる．

た．その結果，以下のことがわかった：

増永浩彦（名古屋大学地球水循環研究センター)

１) 降水強度は，直接関係する水物質の混合比，RHW 2の他，風速（特に鉛直速度)，水物質の２．衛星搭載マイクロ波放射計データの非静力雲解像モデルへの同化法の開発

数密度などと予報誤差相関を持つ．一方，降水強度と温位の予報誤差相関は小さい．

青梨和正（気象研究所)

２) 地上降水強度対物理量の予報誤差相関の大き衛星搭載マイクロ波放射計（M WR）の輝度温度

さ，スケールは，流れの場に依存して大きく変（TB）データは，降水粒子や CLWC 等に感度を持つ
ため，非静力雲解像モデル（CRM ）に同化することが期待される．但し現状の CRM 雲物理スキムにはバ化する．
この予報誤差の研究結果に基づいて，降水強度をCRM に同化する以下のような方法を開発した：

イアスがあるため，CRM に MWRTB を直接的に同

１) 流れの場に依存して変動する降水強度と CRM化するより，M WRTB からリトリーバルされた物理物 理 量 の 予 報 誤 差 共 分 散 を 推 定 す る た め，

量を CRM に同化するほうが適当である．

Ensemble Square Root Filter（EnSRF）を用

このため本研究は以下の２つを目標とする：

いる．

１) M WRTB から降水強度をリトリーバルする手

２) EnSRF で解析する物理量として，降水強度と法を開発し，リトリーバルされた物理量の観測

直接関連する，水物質の混合比，RHW 2の他，誤差を評価する．

風速場，水物質の数密度を選ぶ．

２) CRM で降水強度とその他の物理量の予報誤差

上空寒気低気圧の事例（2003年１月29日）についての初期的な実験の結果，このデータ同化法によって，Ⓒ 2007 日本気象学会
2007年 9月

降水物理量や風速場の改善がみられた．
47

808

第27回メソ気象研究会報告

３．衛星搭載降雨レーダによる潜熱加熱プロファイ
ル推定で 最 大 値）の 潜 熱 加 熱 プ ロ ファイ ル の 特 徴 の 違 い（Thompson et al., 1979）も示していることがわかっ

重 尚一（大阪府立大学大学院工学研究科)

た．また，熱帯太平洋における潜熱加熱プロファイル

熱帯降雨観測衛星（TRMM ）は，日本によって開が対流性・層状性降雨比だけでなく，対流性加熱プロ発 さ れ た 世 界 初 の 衛 星 搭 載 型 降 雨 レーダ（PR）にファイルの変化に伴って大きく東西に変化しているこ

よって，1997年11月の打ち上げ以来，降雨の３次元構とを示した．

造を高い精度で観測し続けている．TRMM の主要な科学目的の１つは，観測された降雨データを用いて潜熱加熱の４次元（時間＋３次元空間）構造を推定する

４．衛星搭載降雨レーダによる降水システムの地域特性ことである．我々は，PR 降水プロファイルのスペク

広瀬正史（宇宙航空研究開発機構)

トル表示（Takayabu,2002）を基礎に，PR によってTRM M PR による観測は，広域に渡る様々な地域観測された降水プロファイルから潜熱加熱プロファイ時刻の降水３次元構造の研究を可能とした．現在，約ルを推定する Spectral Latent Heating（SLH）アル

９年の運用期間を経て220億を越える観測サンプルがゴリズムを開発した（Shige et al., 2004)．SLH アル蓄積され，気候学的特徴を解像するデータセットとし

ゴ リ ズ ム は，雲 解 像 モ デ ル に よ る TOGA‑COAREてその利用価値はさらに拡大しつつある．本発表で（西太平洋）シミュレーション・データから作成した

は，降水量の気候値を構成する各降水システムの群特

Look‑up テーブルに基づいて潜熱加熱プロファイル性に関する研究を紹介し，長期データの蓄積により可を推定する．対流性・層状性降雨量比のみから潜熱加能となった衛星データ利用と衛星降水リトリーバル開熱プロファイルを求める既存の推定法（Tao et al.,発における地上観測との接点について議論した．

1993, 2000；Schumacher et al., 2004）に比べて，本研究では降水システムを TRMM PR によって観

１) 降雨タイプや地上降雨強度だけでなく降雨の高測された個々の連続した雨域として定義し，各降水シさ情報を用いているために，浅い対流と深い対ステムに含まれる降水タイプ（層状性降雨など）の雨流の潜熱加熱の違いを現実的に推定できる．

域面積や降雨強度・含水量・レーダ反射因子の各鉛直２) 層状性降雨に対しては融解層の降雨強度を用い分布等をパラメータとしたデータセットを作成した．ているために，地上無降雨でも潜熱加熱を推定

1998‑2006年夏季のアジア域では約400万の降水システできる．

ムが観測されている．この降水システムデータベースという特徴を持っている．SLH アルゴリズムの初期を用いて，降水量の日周変化に見られる類似性・局所的適用結果として，台風及び熱帯メソ対流系に伴う潜性や，構成要素である降水システムの形態的特徴（空熱加熱プロファイル（Tao et al., 2006）や，Mad-間規模や降水タイプ）の集合特性を調べることによ

den‑Julian 振動に伴う潜熱加熱プロファイル（Mori-り，降水システム群の地域固有性の検出を試みた．水ta et al., 2006）がある．

平規模の小さい降水システムは主に浅い対流性降雨やグローバル な PR データ に 適 用 す る た め，GATE

ブライトバンドを伴わない弱い層状性降雨により構成（東 大 西 洋)，SCSMEX（南 シ ナ 海)，お よ び KWA-されており，午後の早い時刻に陸域全体でほぼ均一にJEX（西太平洋東部）シミュレーション・データを用降水量が極大となっていた．水平規模が100km を超いて SLH アルゴリズムを吟味し，える降水システムによる降水変動は地形分布と関連が

１) 対流降雨における液相過程と氷相過程の相対的深く，各地域の降水日変化の地域差に強いインパクト重要度の差異を与えることが明らかとなった．降水量が極大となる

２) 融解層高度の差異

時刻の降雨強度鉛直分布を幾つかのクラスターに分類を考慮した改良を行った（Shige et al., 2007)．改良

した結果，水平規模・日周特性が似通った降水システしたアルゴリズムを TRM M PR データに適用した結ムにも鉛直構造の地域差が顕著であることが示され

果，SCSM EX 領域でゾンデデータから診断的に求めた．さらに，間欠的な低軌道衛星データの現象学的なられた Q プ ロ ファイ ル（Johnson and Ciesielski,解釈に向けて，台風など特定の降水システムのコンポ2002）と良く一致し，これまでよく知られている西太ジット解析等についても紹介した．

平洋（対流圏上層で最大値）と東大西洋（対流圏中層48

また TRM M PR のアルゴリズム開発や他データと〝天気" 54．9．

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809の比較検証を経て，仮定している物理過程の不確実性

出力される雲物理量を用いて衛星からの直接の観測量や観測し得ない地表近傍の降水推定誤差等の問題が改であるレーダ反射因子をシミュレートすることが有効めてクローズアップされている．衛星降水観測の改良で あ る と 考 え ら れ る．こ の た め の ツール で あ る・限界把握を目的とした地上観測による知見の必要性

CloudSat Simulator についてもその概要を紹介した．

についても数例を述べた．
６．総合討論５．CloudSat 衛星と領域・全球雲解像モデル：現状と将来展望

最後に総合討論の時間を30分ほど設け，メソ気象学研究と衛星観測研究の関わりにおける現状と将来につ鈴木健太郎（東京大学気候システム研究センター)いて自由な議論を行った．メソ気象学研究と衛星気象

近年の衛星観測技術の進歩は，雲・降水の全球ス観測研究はどちらかというと接点の少ない分野同士だケールでの観測を可能にしつつある．特に，2006年４といえるが，その理由として低軌道衛星データの時空

月下旬に打ち上げられた CloudSat 衛星は能動型の雲間サンプリング率がメソスケール現象の解析においてレーダを搭載しており，受動型センサーを搭載した従必ずしも有用ではない点が指摘された．一方，大規模来の衛星では得られなかった雲物理量の鉛直構造を全大気場とメソ対流システムとの相互作用といったマル球規模で観測することが可能となる．本講演では，まチ・スケール現象を研究の視野に入れるなら，継続的ず，最近公開され始めた CloudSat データの概要につ・広域観測を得意とする気象衛星データを伝統的なメいて紹介した．CloudSat 衛星に搭載された雲レーダ

ソ気象研究の方法論にどのように活用していくかが，から直接得られる物理量はレーダ反射因子であり，そ今後の真剣な研究課題になり得ると思われる．

こからアルゴリズムを介在させることで雲水量や有効また，衛星データはアーカイブへのアクセスや解析粒子半径といった雲物理量を導出することができる．

処理手法が煩雑であり門外漢にはいささか敷居が高い

CloudSat の標準プロダクトであるこれらの雲物理量との意見も出された．衛星データを使いこなすには若を求めるためのアルゴリズムの概要についても述べ干の経験が要求されることは事実であるが，データた．

セットの簡便化においては最近いくつかの進展が見ら

このような衛星観測の発展によって雲・降水に関すれる．たとえ ば 熱 帯 降 雨 観 測 衛 星（TRMM ）3G68

る全球規模での観測が可能になると，それらの観測データでは，地表面降水量が全球0.5°グリッドのアスデータを各種モデルと比較する研究も重要となる．こキーファイルとして収められており，衛星軌道・衛星うした比較はモデルの検証に役立つだけでなく，雲・センサのスキャンジオメトリ・HDF 形式などについ降水の観測データをモデルによって理解・解釈するこての予備知識がなくともすぐにデータを解析することとにもつながる．このような研究の一例として，雲のができる．とりあえず未知のデータに手を出してみ光学特性に関する衛星観測データを大循環モデルおよる，という試みからやがて新たな研究テーマへと発展

びビン法雲解像モデルの結果と比較した著者らのこれしていく期待を込めて，メソ気象研究コミュニティとまでの研究を紹介した．

衛星観測研究コミュニティのさらなる交流を願いつつ計算機の性能向上に伴ってモデルも大きく進歩しつつある．地球フロンティア研究センターで開発されて研究会を閉会した．
増永浩彦（名古屋大学地球水循環研究センター)

いる全球雲解像モデル NICAM は地球シミュレータ上で稼働し，全球を3.5km ないし 7km の水平解像

略語一覧度で覆った計算が行われている．著者は現在，このAQUA：(米国の地球観測衛星プログラムの１つ)
CloudSat：(米国の地球観測衛星プログラムの１つ)

NICAM モデルに全球３次元エアロゾル輸送モデル
SPRINTARS を結合し，エアロゾルとの相互作用を取り入れた全球雲解像実験を進めている．これにより，従来の GCM では陽に扱われることのなかった対流雲とエアロゾルの相互作用など，新たな研究課題に取り組むことが可能になる．このような雲解像モデル

CLWC：Cloud Liquid Water Content 雲水量CRM ：Cloud‑Resolving M odel 雲解像モデル
EnSRF：Ensemble Square Root Filter アンサンブル
平方根フィルタ
GATE：GARP Atlantic Tropical Experiment
GARP 大西洋熱帯研究計画と CloudSat 衛星との比較の際には，雲解像モデルで2007年 9月

49

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第27回メソ気象研究会報告

GPCP：Global Precipitation Climatology Project 全球降水気候学プロジェクト

profiles from TRMM PR data. Part Ⅰ：Development of a model‑based algorithm,J.Appl.M eteor.,

KWAJEX：Kwajalein Experiment ケ ジェレ ン 諸 島実験43, 1095‑1113.

M WR：M icrowave Radiometer マイクロ波放射計
NICAM ：Nonhydrostatic ICosahedral AtmosphericShige,S.,Y.N.Takayabu,W.‑K.Tao and C.‑L.Shie,
2007：Spectral retrieval of latent heating profiles
from TRM M

PR

Data. Part Ⅱ：Algorithm

Model 非静力学正20面体格子大気モデル
PR：Precipitation Radar 降水レーダ

improvement and heating estimates over tropicalocean regions,J.Appl.Meteor.Climatol., 46, 1098‑

SCSMEX：South China Sea M onsoon Experiment
南シナ海モンスーン実験

1124.

SLH：Spectral Latent Heating スペクトル潜熱加熱
SPRINTARS：Spectral Radiation‑Transport Model

Takayabu, Y.N., 2002：Spectral representation ofrain profiles and diurnal variations observed withTRMM PR over the equatorial area,Geophys.Res.
Lett., 29, doi：10.1029/2001GL014113.

for Aerosol Species エアロゾル各種のスペクトル放射‑輸送モデル

Tao,W.‑K.,S.Lang,J.Simpson and R.Adler, 1993：

TB：Brightness Temperature 輝度温度
TOGA‑COARE：Tropical Ocean and Global Atmo-Retrieval algorithms for estimating the verticalprofiles of latent‑heat release‑Their applications

sphere Program‑Coupled Ocean and AtmosphereResponse Experiment 熱帯海洋全球大気研究計画‑

Tao, W.‑K., S. Lang, J. Simpson, W.S. Olson, D.

西太平洋大気海洋相互作用研究計画TRMM ：Tropical Rainfall M easuring Mission 熱帯降雨観測計画
参考

文

献

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Tao,W.‑K.,E.A.Smith,R.F.Adler,Z.S.Haddad,A.

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M orita,J.,Y.N.Takayabu,S.Shige and Y.Kodama,
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50

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〝天気" 54．9．