京 都 大 学 防 災 研 究 所 年 報 第 50 号 B 平 成 19 年 4 月
Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No. 50 B, 2007

佐呂間竜巻発生時の環境パラメター
石川裕彦・山根悠介*・佐藤和歌子** 京都大学大学院理学研究科

要旨

2006年11月7日，北海道佐呂間町で発生した竜巻に関して，（財）気象業務支援センター
から配信されている気象庁メソ数値予報のデータを用いて，竜巻発生に関係するといわれる，対流有効一エネルギー(CAPE)，ストームに相対的なヘリシティ(SREH)，エネルギー・ヘリシティ・インデクス(EHI)等の環境パラメターの算出を試みた。初期時刻の異なる予報データを用いて算出したところ，竜巻発生の４時間前にあたる午前9時を初期値とした予報を用いて計算した環境パラメターは，竜巻の発生と比較的翼対応した。しかし，発生位置以外にも環境パラメターが竜巻発生を示唆する地域も存在し，竜巻発生可能性予報に用いるには，今後の研究が必要である。

キーワード: 佐呂間竜巻，環境パラメター，メソ数値予報

1.

はじめに

平成18年11月7日午後13:20分頃，北海道佐呂間町
若狭地区で竜巻が発生し5た。竜巻による被害範囲は，長さ約1.4 km，幅200～300 m と比較的狭かったにもかかわらず，死者９名を出す，日本の竜巻害史上最悪の事例となった。被害の概要は，死者９名のほか，重傷者６名，軽傷者25名，住家全壊7，半壊7，一部損壊27，非住家全壊37，半壊4，一部損壊35（うち公共施設1）であった（平成18年12月28日時点での佐呂(a)

間町役場の被害集計による）。また，車両被害は90台であった。竜巻の直接的被害は若狭地区の狭い範囲に限られていたが，竜巻で巻き上げられた非産物は，約10 km 北にあるサロマ湖付近までの間に点在しており，牧草地の被害も発生している。Photo 1 abに被災地域の空撮写真を示す。Photo 1b の左下の区画にあった鹿島建設の仮設事務所が竜巻の直撃を受け，中で会議中であった９名の方が亡くなった。
竜巻発生時には，日本海北部を発達中の低気圧が東進していて，低気圧に伴う寒冷前線が北海道中央(b)部を南北に横切っていた。脊梁山地の東側にあたる
北海道東部では，南から暖湿な気流が流入していて，
同日13時のアメダスデータによれば，西側では気温

Photo 1 Damaged area of Wakasa, Saroma-cho. (ShinEngineering Consulting Co. Ltd. )－ 447 －

計算し，竜巻の発生しやすい環境場であったか否か，竜巻発生の可能性予測は可能か否かを検討する。
竜巻を発生させる母体となる積乱雲発達の程度に関連するのが，CAPE = g ∫θ ( z) − θ ( z)dz
θ ( z)ZELFC（１）で 表 さ れ る 対 流 有 効 位 置 エ ネ ル ギ ー （ CAPE:Convective Available Potential Energy）である。θ (z ) は温位のプロファイル，θ (z ) は地表付近の気塊を仮想
Fig. 1 Radar Echo at Nov. 7, 13.30

的に持ち上げた時の各高度における温位を表す。気θ (z ) が周囲温位 θ (z ) よりも大きくなる

は10 ℃かそれ以下であったのに対して，東側のアメ塊の温位

ダス観測地点では12 ℃～19 ℃に達しており，東西高さ（自由対流高度，LFC: Level of Free Convection:で顕著な気温差がみられた。佐呂間町のアメダス観自由対流高度）に達すると，気塊は正の浮力を受け，測点では，18.3 ℃（12時），16.6 ℃（13時）が観測自発的に上昇を続ける。そして，持ち上げた気塊のされている。
Fig. 1 には，竜巻発生時刻の気象庁レーダー合成

温位

θ (z ) が周囲の温位よりも小さくなる高さZEに図を示す。被災地区付近上空に，竜巻の親雲に相当達すると，浮力による加速は終了する。この間に得する顕著な積乱雲が観測されている。この積乱雲は，られる浮力エネルギーの総和がCAPEであり，積乱雲同日11時30分頃十勝平野付近に発生し北進してきたの発達の程度を示す指標となる。一方CAPEと対をなことが10分間隔のレーダー観測データで確認できる。

す量として，対流抑制エネルギー（CIN: Convective

発生地点のある北海道のオホーツク海沿岸地域でINhibitation）という概念がある。これは，ある高さは，これまで竜巻の発生が報告されて居らず，竜巻Z0にある気塊を自由対流高度まで持ち上げるのに必発生の背景となった気象場について調べる必要があ要なエネルギーであり，る。この研究では，（財）気象業務支援センターよCIN = − g ∫り配信される気象庁メソ数値予報の格子点データをLFC
Z0

用いて，米国でトルネード発生の指標とされる環境パラメターを算出し，竜巻発生との対応を調べるこθ ( z) − θ ( z)dz
θ ( z)（２）

であらわされる。とにする。

一方，積乱雲が低気圧性の回転を持ったスーパー
セルストームとなるとトルネードが発生する可能性

2.

環境パラメターが大きくなる。この指標として使われるのが，SREH(Storm Relative Environmental Helicity)と言われ米国のトルネード研究では，トルネードの発生しる量で，やすい大気場の指標として，CAPE（対流有効位置エSREH = − ∫ネルギー），SREH（ストームに相対的なヘリシティ）やこれらの積であるEHI(エネルギー・ヘリシティ・インデクス)が用いられている。吉野ら[1]は，1999年9月24日に発生した豊橋竜巻に関して，メソ数値モデ∂V ( z ) ⎤⎡dzk ⋅ ⎢ ( V ( z ) − c) ×∂z ⎥⎦⎣3 km
0 km（３）で表される。 V は水平風， c はストームの移動速度

ルで再現した環境場からこれらの指標を算出し，EHIである。アメリカでのトルネード研究で，水平風のが竜巻の発生した地域で極大となることを示し，こ鉛直シアが大きいとき，特に上空に向かって時計回れらの指標が竜巻発生の可能性予測として利用できりに風向が変化している条件下でスーパーセルストる可能性を示唆した。

ームやトルネードが発生しやすいことからこの概念

我が国では平成18年3月より，水平5 km格子のメソが考え出された。この量が大きいほどスーパーセル数値予報が行われている。そこで，今回の佐呂間竜ストームやトルネードが発生しやすいとされている。

巻に関して，メソ数値予報結果からこれらの指標をこの定義の中で，ストームの移動速度cを見積もるの－ 448 －

Fig.2 Horizontal distribution of (a)CAPE [J/kg], (b)SREH [m2/s2].(c) BRN[dimensionless] and (d)EHI [m2/s2· J/kg]. (After Yoshino et al. [1].
は困難であるため，地上から６ｋｍまでの高さの風では，非静力メソ数値モデル（PSU/NCAR MM5）を速を重み付け平均した平均風ベクトルを求め，風向用いて台風とその周辺の気象場を再現し，その再現を時計回りに３０°回転し風速を７５％に減じた経結果からCAPE, SREH, EHI等の指標を算出した。図験的な値（30R75と呼ばれる）が便宜的に用いられる。に示した時刻（9月24日12JST，以下本報告では全て

ＳＲＥＨはストームに流入する周囲気流により水平日本時を用いる）には，台風の中心は島根県沖の日渦度が立ち上がり鉛直渦度を強化する過程に対応す本海にあり北東進している。中心から400 km以上離[2]るもので，理論的にはRotunno and Klemp で説明された豊橋市周辺で竜巻が発生した11時16分頃の台風れている。

中心位置とほぼ同じ位置である。CAPEの計算結果をさらに，強い 積乱雲の発生 しやすさの指 標である

見ると日本の南海洋上および紀伊水道付近を通るレCAPE，積乱雲が回転を持つメソ低気圧に発達する指インバンドに沿って大きな値を示しているが，台風標であるSREHを組み合わせて，トルネードの発生しの近くではゼロか非常に小さな値である。一方SREHやすさの指標として用いられるのが，EHI (Energyをみると，台風の東側，進行方向前面で大きな値をHelicity Index)と呼ばれる量で，もっているが太平洋上ではそれほど大きな値ではな

CAPE × SREH
1.6 × 10 5

ると，東海沖の太平洋上で大きな値を示しており，EHI =い。しかし，CAPEとSREHの積で表されるEHIを見（４）ちょうど豊橋市の南あたりの遠州灘で極大となってで計算される。米国におけるストーム発生とこれらいることがわかる。数値計算では，この付近に南北[3],に延びるアウターレインバンドが再現されていて，などが調べている（Table

この中にネストした1 km格子の計算では，レインバ環境パラメターとの関係は，Bluestein and Jain
Rasmussen and Blanchard[4]1）。

ンド内で発生した降水域が低気圧性の回転を得て鉛これらの指標が竜巻の発生環境をよく表現した事直渦度が強化される様子がみられた。このように，例として，1999年の台風18号に伴い発生した豊橋竜メソモデルによる数値計算結果を用いてメソ低気圧巻に関する吉野ら [1] の結果をFig.2に示す。この研究や竜巻発生の可能性を調べることができそうである。

－ 449 －

11月7日12時（左列）と15時（右列）のEHIの分布を

Table 1 The median of CAPE, SREH and EHI for示す。例えば最上段左は03時を初期時刻とした予測

investigated cases of tornado outbreak in United StateF2 ≤ tornadoes

結果による12時のEHI分布，最上段右は同じく15時のF0 and F1 tonadoes

EHI分布で，以下同様に06時，09時，12時を初期時刻CAPE13141152とする予報結果による分布を示す。この時間帯には，SREH

180124

13時20分頃に発生した佐呂間町若狭地区の竜巻（図EHI

1.480.64

中Ｂ）に加え，日高町厚賀地区の竜巻発生（11時40分頃，図中Ａ），足寄町から陸別町に至る地域での突風発生（14時30分頃，図中Ｃ）が報告されている。

3.
ＭＳＭ予報データを用いた環境パラメタ
ーの算出

03 時，06 時を初期値とした予報では，EHI は広い範囲で 1.0 を越える大きな値を持っている。これは，寒気の吹き出しの東側で，CAPE, SREH とも大きな

本調査では，（財）気象業務支援センターから配値をとる領域が広く存在し，しかもほぼ重なってい信されているメソ数値予報モデル(MSM)の結果を用るためである。一方，09 時を初期値とした予報値かいて，佐呂間町の竜巻発生前後の環境パラメターのら計算した結果を見ると，12 時の EHI 分布は日高算出を行った。

町の内陸部には 0.4 を越える極大値がある。竜巻はメソ数値予報(MSM)では1日8回，00, 03, 06, 09, 12,海上で発生した後上陸したと報告されているので，15, 18, 21時，を初期値とした予報が行われている。

位置的には少しずれるが，EHI 分布と竜巻発生がお予報モデルでは，水平方向にはランベルト正角図法よそ対応している。また 15 時の分布をみると，日高で投影された地図座標系（投影面で5km格子）が，山脈，石狩山地の東側，十勝平野から北見盆地を通鉛直方向には 地形準拠座標 系が用いられ ている。

りサロマ湖沖のオホーツク海にいたるバンド状の領MSMの予報値は，モデルの予測結果を，地上要素に域で EHI が周囲よりも大きくなり(EHI>0.2)，サロ関しては東西0.0625 °，南北0.05 °間隔，上層要素にマ湖周辺の地域では 0.4 以上，極大で 0.55 を越える

関しては東西0.125 °，南北0.1 °間隔の緯度経度格子値を持つ。このような分布の形は，竜巻や突風の発に内挿して配信される。また，鉛直方向には，1000,生域と比較的よく対応しているといえるが，値は米975, 950, 925, 900, 850, 800, 700, 600, 500, 400, 300,

国で報告されている中央値よりはずっと小さい。一250, 200, 150, 100 hPaの値に内挿されている。湿度の方では，知床半島の先端付近には別の極大(EHI>0.65)

データは300hPaより下層でのみ与えられている。時があるほか，釧路付近には EHI の値が 0.7 を越える

間間隔に関しては，地上要素は初期値を含み15時間領域が拡がっているが，これらの地域では竜巻や強先まで1時間間隔で，上層では同じく3時間間隔で与風害の発生は報告されていない。竜巻や強風害が発えられている。

生する場所は周囲より EHI が大きいとは言えるが，環境パラメターの算出は，格子間隔，時間間隔とEHI が大きいからと言って必ずしも竜巻が発生するも上層データに合わせ，水平格子は東西0.125 °，南とは言えないことが理解される。また，竜巻発生時

北0.1 °，時刻に関しては3時間間隔で行った。また，刻にもっとも近い 12 時を初期値とした予報に基づ計算に必要となるモデル標高は，予報モデルのモデく算出結果は，09 時を初期値とした場合と比較してル標高を緯度経度格子に内挿した値を用いた。CAPE

必ずしもの計算には，NCAR/MMMで開発されたデータ処理パデルのスピンアップの問題ではないかと思われる。

ッケージRIP4に含まれるプログラムを修正して用い

Fig.4 には，03 時及び 09 時を初期値とした 15 時良い対応を示してはいない。これは，モた。このプログラムでは，地上から高さ3 kmまでのの CAPE, SREH, EHI の分布を示す。表１に示した層内で最も相当温位の大きな気塊を探し，この気塊米国のトル ネ ードで報告 さ れた値と比 較 すると，についてCAPEを計算する。また，GPVデータでは湿CAPE の値は全体的に小さめである。これには季節度のデータが300 hPaまでしか与えられていないた的要因も含まれていると考えられる。一方，SREH

め，計算の都合上250 hPaの湿度は300 hPaと同じであの分布を見ると，佐呂間竜巻と対応すると考えられると仮定し，200 hPaより上層では5 ％と仮定した。

る 09 初期値の分布をみると，EHI 極大値の付近でSREHの計算では，気圧面で与えられるデータを地表は 300 を越える値が算出されており，米国の値と比面からの高さの値にリサンプリングして計算した。

べると大きめである。

Fig. 3 に，2006年11月7日の03, 06, 09, 12 時（日本時）を初期値とするメソ数値予報結果から算出した－ 450 －

Initial

EHI at 12JST

EHI at 15JST+ 12ｈ+ ９ｈ

03JST+ ９ｈ+ ６ｈ

B★

B★
C★

06JSTC★
A★

A★

+ ６ｈ+ ３ｈ

B★
C★

09JST

B★
C★

A★

A★

+ 0 h+ ３ｈ

12JST

Fig. 2 The distribution of EHI at 12JST and 15 JST computed MSM prediction initialized at 03, 06, 09
and 12JST. The A, B and C in the figures denote the places of tornado at Hidaka-cho (11:40), tornado at
Saroma-cho (13:20)，and wind gust at Rikubetu/Asyoro area (14:30).

－ 451 －Initialized at 03JST

Initialized at 09JST

CAPE

CAPE

SREH

SREH

EHI

EHI

Fig. 4 Distribution of CAPE, SREAH and EHI at 15 JST

4.おわりにしかし，可能性予報として利用するためには，まだ多くの課題が残されている。まず，災害発生地域以本調査では，気象庁メソ数値予報データを用いて外でもEHIが大きな値を示す地域が広く存在するた

竜巻発生に関連するとされる環境パラメターを試算

め，これをより限定された領域に絞り込む必要があし，竜巻や突風の発生状況と比較した。09時を初期る。また，発生可能性とEHIとの数値的な関係を客観値とした予報結果を用いたケースでは，竜巻や突風化する必要がある。本報告で行ったSREH算出では計の発生とある程度対応するEHIの分布が見られた。今算の上限高度やストームの移動速度の算出基準に関回の調査では，空間・時間解像度を落としGPVとしてして米国で使われている値をそのまま用いたが，例配信されるデータを用いたが，モデル格子のデータえば，これらの値を日本の気象環境に合うようにチをそのまま使えば，もう少し良好な結果がえられるューニングすることにより，ある程度確度が向上すであろう。

るかもしれない。また，予報モデルの予報精度との－ 452 －関係に関連して，何時間先の予測であれば使えるか

Bluestein, H. B. and M. H. Jain (1985): Formation of…という検討も必要と考えられる。いずれにしろ，

mesoscale lines of precipitation: Severe aquall line in

統計的な判断が出来る程度の多くの事例を対象とし

Oklahoma during the spring, J. Atmos. Sci., Vol. 42, pp.て調査を進める必要があるが，米国とは異なり，対1711-1732.

象とする事例が少ない事が難点である。
Rasmussen E. N. and D. O. Blanchard(1998): A baseline
climatology of sounding-derived super cell and tornado

参考文献

forecast parameters, Weather Forecasting, Vol. 13, pp.
1148-1164.

吉野純・石川裕彦・植田洋匡(2002)：台風9918号によRotunno, R. and J.B. Klemp (1982): The influence ofり東海地方にもたらされた竜巻に関する数値実験，

shear-induces pressure gradients on thunderstorm

京都大学防災研究所年報，第45号B, pp. 369-388.

motion, Mon. Weather Rev., Vol. 110, 136-151．

Storm Environmental Parameters Associated with a tornado outbreak at Saroma, Hokkaido

Hirohiko ISHIKAWA, Yusuke YAMANE* and Wakako SATO** Graduate School of Science, Kyoto University
Synopsis
On November the 7th, 2006, a tornadic storm hit Saroma-cho, Hokkaido. The environmental
parameters for this severe storm event were examined using output of mesoscale numerical prediction byJapan Meteorological Agency, which are provided by Japan Meteorological Business Support Center. The
distribution of EHI (Energy Helicity Index) computed with numerical prediction at 09JST (about fourhours before the event) fairly coincides to the storm position. However, other storm risky areas were also
found in the EHI distribution, so that further studies are needed to use these parameter as predictive toolfor hazard potential.
Keywords:Tornado, Saroma, Numerical Prediction, Environmental Parameter－ 453 －