成層圏大規模突然昇温の予測可能性：
2001/02～2012/13年の気象庁現業1ヶ月
アンサンブル予報データの解析結果

田口正和
向川 均
廣岡俊彦
野口峻佑
余田成男

愛知教育大学地学領域
京都大学防災研究所
九州大学理学研究院
京都大学防災研究所
京都大学大学院理学研究科

先行研究は、大規模突然昇温（MSSWs）の予報可能期間などを調査したが、描像は必ずしも明確でない
イントロ
先行研究における、MSSWsの予報可能期間（Tripathi et al. 2014）

Target MSSWs■先行研究の問題
MSSWs（タイミング）及び“成功/失敗した”
予報の定義などが異なり、明確な描像が得られない■本研究◇取り組む問題
MSSWsは、どのくらい事前に予報できるか？
惑星波強制（PWF）との関連？
◇方法
JRA‐55と比較して、気象庁現業１ヶ月EPSを検証◇特徴
MSSWsの定義・予報の検証を客観的・定量的に行う

JRA‐55の日平均データを、MSSW“キー日”の定義や予報の検証に使用する
方法：現実大気データ
本研究におけるMSSWｓのキー日■JRA‐55データ（Kobayashi et al. 2015）

番号キー日

1

2001/12/31

2

2003/01/18■使途32004/01/05◇MSSWs“キー日（基準日）”の定義

4

2006/01/21

5

2007/02/24

6

2008/02/22

7

2009/01/24

8

2010/02/09

9

2013/01/07

日平均、2001/02～2012/13の12年
2.5°×2.5°、1 hPaまで37レベル60°N、10 hPaで平均東西風の逆転日（Charlton and Polvani 2007）→12年（DJF）に９つのMSSWsが発現◇予報データの検証
参考：なし（例示に使用）気象庁現業１ヶ月EPSデータを用いて、分割表によりMSSWs予報の的中率（PC）などを検証する
方法：予報データ■気象庁現業１ヶ月EPSデータ
2001/02～2012/13年
毎週1セット（水・木曜開始）
N= 26 or 50 （2006年3月に変更）■評価方法◇個々のメンバーを見る[U]（60°N, 10 hPa）に基づいた、分割表・的中率◇アンサンブル平均を見る[U]（60°N, 10 hPa）の、バイアス
Z10（≧20°N）の、RMSEとAC
参考：気象庁（2013）

各予報セットの各メンバについて、[U]逆転の有無・時期を判定する
実況あり

実況なし

予報あり

FO

FX

予報なし

XO

XX

的中率PC≡ (FO+XX)/NMSSWs前の１ヶ月間に開始の予報では、XX= 0[U]逆転の時期を判定するのに、μ= 3 d（±3日を許す）を標準として、μ= 0～5 d を試す

分割表に基づく検証は、リードタイム（LT）とMSSW事例によって異なる結果を示唆する
３つのMSSWsの例示#1: 2001/12/31

60°N, 10hPa

LT=‐18d

空振り（早過ぎ）#6: 2008/02/22#7: 2009/01/24

LT=‐15dアンサン
ブル平均

LT=‐16d
LT=‐11d

LT= ‐8d

ヒット

見逃しJRA‐55
アンサンブル平均

JRA‐55

LT=‐9d予報開始日がMSSWsのキー日に近づくにつれて、的中率は大きくなる
全９MSSWsの的中率

全９個のMSSWsの的中率の平均±１σ

空振り：予報された[U]逆転が早すぎる
見逃し

参考：各MSSWについて、LT方向に線型内挿されている

各MSSWの的中率の変化

μ= 3 dの場合、平均的な的中率は、17% (LT=15d)、34% (10d)である
平均的描像
平均的的中率のLT依存性

μ= 3 dμ= 5 dμ= 0 d

代表的LTでの評価値：
的中率はμ= 3 d, 他はキー日±3 dの平均
LT (day)

2015105PC (%)

11.0

16.8

33.571.5

BIAS [U]*

1.2

1.1

0.61

0.22

RMSE Z10*

1.6

1.30.900.43

AC Z100.410.600.830.94*観測年々変動のSDで標準化：
SD[U]= 16.1 m/s, SDZ10= 429.5 m
各MSSWでLT方向に線型内挿後、全MSSWsについて平均

LT= 約10 dの予報を比較すると、的中率（μ= 3 d）は、0%～100%まで大きく変動する
事例間分散

μ= 3 dμ= 0～5 d

LT (d)
11 9 11 998

9 12 11#6:
PC=35%
for LT=15 d51

逆に、PC≧25%となるLTで見ると、数日～約20日で変動μの値を変えても、事例間変動はおよそ共通

的中率の事例間変動は、他の指標の変動とおよそ比例するものの、線型分布からのずれも存在する
他の指標との比較
的中率で見ると、約0～40%で変動する事例でも、他の指標で見ると、およそ同じ評価値になる場合がある

60°N, 10hPa

Z10 (≧20°N)

参考：的中率はμ= 3 d, 他はキー日±3 dの平均
的中率は、個々のメンバーを考慮
その他は、アンサンブル平均ベース

Z10 (≧20°N)

AC≧0.9の事例がいくつもある的中率の大小を、下部成層圏の惑星波活動度（100 hPaでのFZ）の予報の良し悪しと関連づける[U] (m/s) 60°N, 10 hPa:
キー日前後3日間の平均

PWFとの関係
点；
各メンバー
楕円：
代表的分布

#6:
2008
全て的中

#7:
2009
全て見逃し

Waves 1-3 FZ (kg/m s2) 40-90°N, 100 hPa:
キー日前10日間の平均

アンサンブル平均

JRA‐55

#6では、惑星波の構造とWAFzがよく予報されるが、#7では、それら（峰・谷）が過小評価される
Z300 & WAFz300
of waves 1‐3JRA‐55
アンサンブル平均

キー日前10日間の平均
WAF（Plumb 1985）は、停滞性惑星波（k=1‐3,5日移動平均場）から計算#6: 2008#7: 2009
m2/s2+0.40+0.16+0.08
0.00‐0.40多くの事例では、的中率とFZの予報がよく関係する
一方、中程度のものは微妙である
PWFとの関係#3: 現実よりも小さいFZでMSSWが起きている#4: 現実よりも遅れて、MSSWが起きている

LEGEND
minMAX
25‐75 % range

JRA‐55値に対する予報FZ100の相対誤差（%）
全メンバーの結果からレンジを示す。10日平均。
参考：#6と#7は、少しオフセットしてプロットしている

本研究は、 気象庁現業１ヶ月EPSデータを用いて、MSSWs予報を客観的・定量的に検証したまとめ■平均的描像■議論

LT= 約10 d～2 wkで、代表的評価値◇MSSWsの位置づけ

e.g., RMSE= 1σ、AC= 0.6

MSSWsは、予報誤差の大きい突出例

その場合、PC=20‐30%

VIs時よりも、誤差が大きい■事例間変動（Taguchi 2014, 2015a）◇LT= 約10 dの予報を比較すると、◇MSSWs分類との関係

PC= 0～100%まで変動

波数２型のMSSWsの予報が困難◇PWFの予報の良し悪しと対応（Taguchi 2015b）

LS/UTにおける、波構造やWAF（FZ）

詳細なPWFとの関係？

◇そうでない場合も◇発展：“SNAP”

現実より弱いFZ100で[U]逆転、等

多数のMSSWs/システムを比較（Charlton‐Perez and Jackson 2012）