ドップラーレーダーを用いた台風の立体構造に関する解析的研究～ 2007 年台風第 11 号の事例～

岩間 陽介、島袋 秀樹（那覇航空測候所下地島空港出張所）
友利 健、比嘉 良守、阿波連 正（宮古島地方気象台）
１

はじめにー速度の絶対値と台風の接線風速が等しいとみなせる点の軌跡である。
まず、DRAW の位置を原点 O、台風の中心を点 Tとする。次に、線分 OT に平行な直線を x 軸とする直交座標系を設定する。点 T の座標は(T,0)とする。
接線風の風向と DRAW の視線方向が平行となる
任意の点を点 P(y<0),点 Q(y>0)とおくと、第 2 図の通り、点 P,Q 共に、∠OPT=90°、∠OQT=90°を満たす必要がある。円周角の定理により、点 P,点Q の軌跡は、線分 OT を直径とする円 C となる。なお、y>0 の領域は、ドップラー速度が負で、y<0の領域は、ドップラー速度が正である。
なお、台風の中心からの距離 r(0<r<T)に対して、接線風の観測できる点は、点 T を中心とする半径r の円と円 C の 2 交点(x 軸に対称)である。
通常は、x 軸が東西方向、y 軸が南北方向でデータを扱うため、上記の座標系を適切に回転させて、円 C 上のドップラー速度を計算している。

本調査では、2007 年台風第 11 号の事例について、ドップラーレーダーの観測に基づき、台風内部における風速分布の推定を試みた。推定手法を確立し、予報作業・実況監視等に役立てる事を目的とする。また、調査結果は、航空気象業務にも資するものである。
なお、本調査は、平成 20 年度地方共同調査「ウィンドプロファイラを用いた台風の立体構造に関する解析的研究」の一環として実施した。
２

2007 年台風第 11 号の概要

2007 年台風第 11 号は、9 月 13 日 09 時に南大東島の南東海上で発生し、発達しながら西北西へ進んだ。14 日 18台風経路図
時には沖縄本島に接近し、15日09時
進路を北寄りに変え、15 日に久米島を通14日21時過した。(第 1図参照)
台 風 第 1114日09時号は、本島付近に最も接第 1 図 2007 年台風第 11 号の経路図
近 し た 14日夜から 15 日未明にかけて最盛期となり、中心付
近の最大風速は 50m/s に達した。

観測地点Q

y軸
軌跡:円C

レーダーサイト 軌跡の中心(DRAW) 原点O

台風の中心点T(T,0)

x軸

観測地点P

第 2 図 台風の接線風が那覇 DRAW の視線方向と一致する点の軌跡(模式図)

３ 那覇空港ドップラーレーダーによる台風内部の風速推定（２）吹き込み角βの値について（１）台風内部の接線風をドップラーレーダーで直接観測できる地点の軌跡

台風の内部では、地表面摩擦の効果により収束(動径風成分)が生じる。ここで、吹き込み角を一様にβであると仮定すると、風速は、接線風÷cosβであるとみなせる。なおβの値は通常、海上で約 20°、陸上で約 35°である。
第 3 図では、14 日 21 時(12Z)における那覇のラジオゾンデ観測に基づいた、台風への吹き込み角βの高度プロファイルを示す。

ここでは、台風内部の風の接線成分(接線風)をドップラーレーダーで直接観測する方法について述べる。台風の接線風向がドップラーレーダー(以下 DRAW)の視線方向と一致する点の軌跡を第 2 図に示す。この軌跡は、DRAW で観測されるドップラ47

地表面(海抜 高 度 28m)付近を除けば、概ね、高度1200m まで、高度と共に、βの値が小さ
第 6 図 那覇空港、渡嘉敷島、くなっている。
神山島の位置関係
高度 500m 以下では、βの値 が 22 ～第 3 図 14 日 21 時(12Z)のラジオゾ33°であるの
ンデ観測に基づく、那覇におけるに対し、高度βの高度プロファイル
600～1000m では、βの値が 11～17°であった。

略す)と那
覇空港は、ほぼ東西に位置する(第 6 図)。
3.1 の考え方に基づくと、第 2
第 6 図 那覇空港・渡嘉敷島・神山
図と第 6 図島の位置関係より、台風の中心の経度が渡嘉敷と揃った時、同上空の接線風速を観測できる。また、吹き込み角βを仮定することで、同上空の風速を推定できる。その後、上空の風速と地上風速の対応関係を示す。
台風第 11 号で、台風の中心と渡嘉敷の経度が揃うのは、14 日 20 時頃である(第 1 図、第 5 図)。
これより、20 時の観測データを使用する。
吹き込み角β=20°を仮定して、渡嘉敷上空の風速を推定し、風速の高度分布を求めた(第 7 図)。
第 7 図では、風速・高度の両座標軸を対数とした、風向風速計による 20 時 00 分の地上風速(10 分値、高度 10m)も描画した。次に、10 分値の地上風速と上空の推定速度が比較可能であると仮定し、風速の高度分布を第 1 式の形で近似することで、指数の n を決定した。20 時では、n≒3.9 を得た。

（３）那覇空港ドップラーレーダーで観測された
台風第 11 号の接線風速の動径分布
ここでは3.1 に基づき、那覇空港ドップラーレーダー(以下、那覇DRAW と略す)
で観測した、
14 日 20JST における台風第11 号 の 接 線風速の動径分
第 4 図 14 日 20JST に那覇 DRAW
布を第 4 図にで観測した、上空の接線風速の動示した。接線径分布(仰角 0.7°)
風速は、台風の中心から約 17km の距離で極大値を持った。

ここで、z 0 は風向風速計の接置高度(10m)、z 1 はドップラー速度の測定高度(m)とし、渡嘉敷地上(海抜高度 220m)からの高度とする。また、V(z 0),V(z 1)
は、それぞれ高度 z 0,z 1 における風速である。
この関係式と、3.3 の結果より、台風内部における地上風速の動径分布の推定を試みる。
2008/09/14 20JST 渡嘉敷

10000

DRAW (那覇 42.7m)
地上観測
系列3

高度(m)

また、同時刻のエコー分
布を第 5 図に示す。台風の眼の直径を約30km( 半 径 は約 15km)と見積もることができ、双方の結果は互いに矛盾しない。

z1 = z0 × (V(z1) / V(z0)) n … (1)

1000

2.7°
2.1°
1.5°
1.1°

1000.7°

高度 = 0.0002 × 風速

3.92951010100風速(m/s)

第7図
第5図

14 日 20JST における、風向風速計とドップラー速度に基づく
渡嘉敷上空の風速推定値の高度分布

那覇 DRAW のエコー分布図（５）地上付近における台風内部の風速推定（４）渡嘉敷上空の風速推定について
那覇 DRAW の仰角 0.7°のドップラー速度を用いて、第 1 式に基づき、台風内部における地上付近渡嘉敷島のアメダス観測地点(以下「渡嘉敷」と48の風速を推定した。なお、第 1 式における n の値、「地上」の標高・風速計の高度とも、渡嘉敷と変わらないと仮定した。結果を第8 図に示す。
算出された台風の中心付近の最大風速は、約 23m/s で、本来(約 50m/s)の半分以下の値となった。
要因の一つとして、地表面摩擦による減
第 8 図 地上風速推定値の衰を考え、地表面摩動径分布(20JST)擦の少ない地点と比較した。

（７）台風内部における海上風速の推定3.5 で求めた地上風速分布に第 2 式を適用し、海上風速を推定した。結果を第10 図に示す。20 時における、台風の中心付近の海上風速の最大 値 と し て 、 50m/sよりもはるかに小さい、約 30m/s を得た。
なお、同様の考え方で 21 時のデータ
第 10 図 海上風速推定値のを用いると、第 1 式
動径分布(20JST)の指数 n が 9.5 と大幅に増加し、中心付近の最大風速の推定値として約 50m/s を得た。(第 11 図)。
渡嘉敷では、20 時から 21 時にかけて、第 10 図 第 2 式に基づく
上空のドップラー速海上風速分布の推定値度の値が 35m/s から40m/s 程度で推移する一方、地上風速は、15m/s から 25m/s へ
大 幅 に 増 加 し た (図略)。今回の方法を実際に適用するまでには更なる検討が必要
第 11 図 海上風速推定値のであると考える。
動径分布(21JST)（６）渡嘉敷と神山島の風速比較

神山島 風速(m/s)

神山島は、神山島と渡嘉敷の風速分布渡嘉敷島と神山島＝渡嘉敷×1.3 + 1.4
那覇の間に3030位置し(第6 図)、ほぼ2020
平坦(標高10m)で地表1010
面摩擦が少ないため、000
海上に近い201002010風が吹いて渡嘉敷 風速(m/s)
いると考え
第 9 図 神山島と渡嘉敷の風速分布られている。
渡嘉敷付近と神山島付近の海上風速が殆ど変わらないと仮定し、渡嘉敷の地形粗度の影響を確認するために、2004 年 1 月 1 日から 2005 年 12 月31 日までの神山島の風速を、渡嘉敷の風速と比較した。両地点の風速分布によると(第 9 図)、全体的に、神山島の風速が渡嘉敷よりも大きな値を示した。同分布の相関係数は約 0.8 である。また、両地点の風速関係式は第 2 式の通りであった。

謝辞
本調査を行うにあたり、沖縄気象台次長、沖縄気象台気候・調査室の皆様に大変お世話になりました。那覇 DRAW に関して、那覇航空測候所観測課の皆様に御尽力を頂きました。その他観測データ
では、沖縄気象台観測課の皆様からご協力を頂きました。ここに感謝いたします。
参考文献
上江洌 司, 平成 19 年度地方共同研究最終報告「台 風中 心 部の 強風 メ カ ニズ ムに 関 する 基礎 研究」‐台風域内の気圧や風の分布等に関する基礎調査‐

神山風速 = 1.3×渡嘉敷風速 + 1.4(m/s) …(2)ただし、同観測期間中に神山島への台風の接近は少なく、40m/s 以上の風速は観測されていない。
つまり、本事例の台風中心付近は、第 9 図の分布の範囲外である。同式を適用する際には、「外挿」である事に注意する必要がある。また、データ数の確保を優先させたため、風向による風速分布の違いを考慮に入れていない。今回の式の適用がどの程度成り立つのかどうか、検討の余地は残る。
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