気象研究所技術報告第48号 2005
第1章概要*
1.1研究の目的
する研究が進展し,降雪の局所短時間予測の精度向上
冬季,大陸からの寒冷な季節風は目本海を渡って
や降雪雲の調節技術やその効果の評価法に関する基礎
くる間に大量の熱と水蒸気を取り込み,目本海沿岸を
的知見の蓄積が進むものと期待される.
中心に大量の降雪をもたらす.このようにして生成さ
このような背景から,1988年度から1992年度にか
れた大量の降雪はしばしば交通機関や住宅等に大きな
けて防災科学技術研究所・土木研究所・北海道大学・
被害を及ぼす.我が国の国土の半分は豪雪地帯であり
名古屋大学・秋田大学などと共同で科学技術振興調整
総人口の約5分の1の人々が生活している.これらの
費によるr降積雪対策技術の高度化に関する研究」の
地域では,従来,気象・積雪等を受身の姿勢でとらえ,
副課題として「降雪機構の解明と降雪雲調節の可能性
防護策を講じるのみであったが,近年は,冬季におい
に関する基礎的研究」を実施した.本技術報告は,山
ても無雪期と同様の社会経済活動を営むことへの要望
形県酒田市沖に出現する目本海降雪雲を対象としたド
が高まっている.降雪被害を軽減するための降雪の短
ップラーレーダ観測・特殊ゾンデ観測・航空機による
時問予報の改善や降雪の人工調節技術の確立のために
直接観測・マイクロ波放射計観測・地上降雪粒子観測
は,これらの雪雲の降水機構の理解が必須である.
などを取り入れた総合観測の結果や雲物理過程を取り
降雪予測に関する研究は,これまで主に総観スケ
込んだ降雪雲力学モデルを用いた数値シミュレーショ
ール・メソスケールの現象に関する研究が精力的にな
ンの結果をもとに,目本海上の降雪雲の降雪機構とそ
され降雪予測の改善が図られてきた.しかし,近年の
の人工調節の可能性についてまとめたものである.以
時空間的に細かなスケールの降雪予測精度向上に対す
下に観測体制と得られた成果の概要を記述する.
る要望に応えるためには,雲内の運動学的・熱力学的
構造と同様に,雲物理学的構造を対象としたマイクロ
1.2観測体制
スケールの現象を包含した降雪機構に関する研究が重
この共同研究では,降雪雲のマイクロスケール及
要となる.
びメソスケールの構造を調べるために種々の観測機器
降雪の人工調節でも,シーディングによって降水
が用いられた.使用された観測機器の種類とその配置
粒子のタイプを変化させ,地上降水域を移動させよう
を第1.2.1図に模式的に示す.
とした場合,これらの雪雲の雲物理学的構造の深い理
降雪雲の微物理学的・熱力学的構造を調べるため
解なしでは目的を達成することができない.降水調節
に,雲粒子ゾンデ(HYVISl Murakami and Matsuo,
(降雪調節)に関しては,諸外国において水資源確保
1990)とそれをドロップ化した雲粒子ドロップゾンデ
や降電被害の軽減のためにシーディング(ドライアイ
(HYDROS)を開発した.共同研究期間の最終年度,
5冬期目に初めて研究用観測航空機による降雪雲の直
スなどの物質をまいて雲の内部構造を変化させるこ
と)実験が実施されている例があるが,その肉果関係
接測定を実施したが,最初の4年間は航空機による直
の解明や定量的な評価が必ずしも明確にされている状
接測定は行わなかった.その理由は,航空機による降
態ではない.我が国においても昭和20年代末から約
雪雲の直接測定の安全性を評価するために必要な降雪
10数年間にわたって水力発電等の水資源確保を目的
雲内の過冷却雲水量の最大値やその時空間的広がりに
として研究が進められてきたものの,実際の降水雲
関する十分な知識がなかったからである.
(降雪雲)の調節可能性に関する技術的見通しを得る
島が2㎞以下と比較的小さく最大標高も50m程度
までには到らなかった.
と低いためその上を通過する雪雲に大きな影響を与え
しかし,近年この分野の研究に必要な,降雪雲の3
ないこと,本州の海岸線から30㎞以内に位置してお
次元構造を明らかにする観測機器や数値シミュレーシ
りドップラーレーダの観測領域内にあることから,
ョン技術等の発展には目覚しいものがあり,こうした
HYVIS観測の地点として山形県酒田市飛鳥を選定し
技術を利用すれば,降雪雲の内部構造と降雪機構に関
た.HYVIS観測地点ではマイクロ波放射計
*村上正隆:物理気象研究部
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第!.2.1図 観測領域の位置(右上のパネル)と共同研究で使用された観測装置の配置(概念図).
MDは気象ドロップゾンデ,HDは雲粒子ドロップゾンデ,RSはレーウィンゾンデ,HVは雲粒子
ゾンデl DRはドップラーレーダ,PRは二重偏波レーダ;SOは地上降雪粒子観測を示す.
(1990∼1993年は気象研究所と防災科学技術研究所
(Radiometric Colporation,WVR−1000)を用いた鉛直
積分雲水量の測定も実施した.レーダ反射因子のまだ
のレーダを用いて実施した).2台のレーダは基線長
弱い発達期の雪雲をHYVISで観測するため,マイク
約30㎞(1990∼1993年は約37㎞)を確保して海岸
ロ波放射計で測定される積分雲水量をモニターしなが
付近に設置した.両地点からは障害物の影響を受ける
らHYVIS放球のタイミングを決定した.
ことなしに,目本海上の降雪雲を観測することができ
航空機(昭和航空㈱,Fa並ch皿d M頒neIV)を用いて,
た.また,低温科学研究所と防災科学技術研究所のレ
雪雲の上方から雲粒子ドロップゾンデ(HYDROS)
ーダは出羽丘陵を挟んで風上側と風下側に設置し,降
や気象ドロップゾンデを投下し,機体下方に取り付け
雪雲の地形変質の研究に用いた。
た自動追尾型アンテナで映像信号や気象信号を受信し
レーウィンゾンデ観測は,飛島(海上)・酒田
た.ゾンデの投下地点の正確な位置情報は航空機搭載
(海岸部)・新庄(出羽丘陵の風下側)で実施した.
のGPSを用いて取得した.
降雪粒子の結晶形・粒径・落下速度の観測は飛島・酒
この共同研究では,4台のドップラーレーダを使用
田・狩川(出羽丘陵の風上斜面)で実施した.その他
した.そのうちの3台は波長3cmで,気象研究所・
に,メソスケール及び総観スケールの気象条件を把握
防災科学技術研究所・北海道大学低温科学研究所が所
するために気象庁が実施しているアメダスの気温・風
有しているものである.4台目のレーダは波長5cmの
・降水データやルーチンのレーウィンゾンデ観測デー
2重偏波ドップラーレーダで土木研究所が所有してい
タ,気象衛星データも使用した.
るものである.北海道大学低温科学研究所のレーダは
1989∼1991年の3冬期問のみに使用した.これら4
1.3成果
台(1992∼1993年は3台)のレーダの配置は年によ
山形県酒田市周辺において,海上から内陸に進
って若干異なったが,第1.2.1図には1989年のレー
入する降雪雲の内部構造と降水機構を解明するた
ダの配置を示す.デュアルドップラーレーダ観測は気
め,デュアルドップラーレーダ,雲粒子(ドロッ
象研究所と低温研究所のレーダを用いて実施した
プ)ゾンデ,雲観測専用航空機,地上設置型マイク
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ロ波放射計,地上降雪粒子測定装置などを組み合わせ
前方部分に雲水量が存在する,というマイクロ波放射
た総合観測を実施するとともに,各種降雪雲数値モデ
計による鉛直積分雲水量の観測の結果とも整合的であ
ルを開発し,それを用いた数値実験を実施し,以下の
った.統計的には,積分雲水量の出現頻度は雲水量の
ような様々な新しい知見が得られた.
増加とともに指数関数的に減少し大部分の雲水量は断
冬季目本海上で発生する降雪雲の降水機構の中で
熱凝結量よりも小さいこと,雲水継続時間の出現頻度
過冷却雲粒がどの程度重要なのか,また,降雪雲調節
も継続時間の増加とともに指数関数的に減少し大部分
の可能性を評価する上で過冷却雲粒がいつ・どこで・
の雲水継続時問は5分未満であることが示された.対
どのくらい存在するのかを見積もるために,上空の過
流混合層が厚くなると,積分雲水量や雲水継続時間が
冷却雲粒の存在を示すあられ降水に着目して,地上降
増加することも示された(7章).
雪粒子の統計を行った.その結果,あられ降水は日本
雲粒子(ドロップ)ゾンデ観測とレーウィンゾン
列島周辺では東北∼北陸地方の目本海沿岸の12月∼2
デ観測の結果から,寒気吹き出し時に発達する対流混
月に卓越し,あられによる降水量は1月の月降水量の
合層とその中に形成される孤立型,L型,丁型の降雪
少なくとも1/4∼1/3に達することが示された.これ
雲の平均的な鉛直構造を調べた.その結果,対流混合
から,過冷却雲粒を豊富に含む雲も,気候学的にあら
層の内部構造は,雲底下に等比湿層は見られず地表に
れ降水と同じ地域・季節で卓越し,冬の降水量に密接
向かって増加傾向にあることを除くと,下面から加熱
に関係していることが示唆された(2章1節).
される対流混合層の典型的なプロファイルを示した.
本研究で観測領域として選定した,庄内平野付近
その他に,地表付近の高相当温位気塊のもつCAPE
の冬期目本海上における種々の降雪雲の出現頻度や相
(ConvecUve Av副able Potendal Energy)は最大で150
対的重要性を明らかにするために,気象庁現業レーダ
Jkg−1程度で,雲頂付近の低相当温位気塊の持っ
の降雪雲エコーを1−type:孤立したエコー,T−type:下層
DCAPE (Downdraft Convective Ava∬able Potential
の風向に直交する筋状エコー,L勢pe:下層の風向に平
Energy)も同程度であること,上昇流の最大値は5m
行になる筋状エコー,P−type二面状エコー,Mx−type:1,
sヨ程度で雲層に見られることが多く,下降流の絶対
T,L,P−typeが混在するエコー,の5つのタイプに
値は上昇流の半分程度であること,雲水量は雲の上部
分類してその統計的特徴を調べた.観測領域では目本
ほど大きく断熱凝結量に近い値を示すこと,氷晶数濃
海寒帯気団収束帯に伴う発達した帯状降雪雲がかかる
度は雲頂付近で高く最大で数100個L−1であることが
ことは希で,寒気吹き出し時によく見られ,人工調節
明らかとなった(4章2節)..
に適していると考えられる1,L,T−typeの降雪雲は
雲頂温度が一20℃前後で比較的短寿命の対流性降雪
出現頻度で60%,領域全体の降水量に対する割合で
雲は,発達期には数ms−1の上昇流により生成された
40%を占めることが明らかとなった(2章2節).
断熱凝結量に近い高濃度の過冷却雲水が存在している
降雪雲の中で起こっている降雪機構を推定するた
こと,最盛期には高濃度の氷晶・降雪粒子が存在して
めに,総合観測の一環として地上降雪粒子観測を実施
いること,衰退期の雲では降雪粒子の成長に費やされ
した.降雪雲の通過に伴って,血血1g率の大きな降雪
たために極低濃度の過冷却雲水しか存在しないことな
粒子(あられが主体)が降雪の前半に降り,降雪の後
どが明らかとなった.このように,自然の氷晶発生過
半に血血g率の小さな降雪粒子(昇華成長による質
程が顕在化する前には十分な過冷却雲水を含みシーデ
量が大きな雪片や雪結晶が主体)が降るという時間変
ィングに適した雲であるが,一旦氷晶発生過程が顕在
化を示すことが多いことが分かった.より深い対流混
化すると十分な数の氷晶・降雪粒子が過冷却雲水を消
合層内に形成した降雪雲から,より大きな雪結晶,大
費し,シーディングによる人工降雪が難しい状態とな
きな雪片,大きなあられが地上にもたらされることも
るため,シーディングに適した雲・タイミングを見出
明らかとなった(3章).
すことが重要であることが示唆された(4章3節).
上述の降雪雲の通過に伴う地上降雪粒子観測の結
氷晶・降雪粒子の最大数濃度の雲頂温度依存性は,
果は,降雪雲の通過に伴う積分雲水量は地上の降雪現
従来広く用いられてきた経験式より小さく,雲頂温
象よりも時間的に先行して増大し降雪雲の進行方向の
度一20℃程度の降雪雲内で観測される氷晶濃度は従来
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の経験式から予想されるより2桁近く大きいことも示
次第に上昇流は下降流に置き代わっていく.内部の気
された.氷晶数濃度の雲水量依存性などから,現時点
流構造はほぼ軸対称となっている(5章3節).
では,過冷却雲粒の凍結が有力な氷晶発生機構と考え
弱い鉛直シアの場に出現した浅いLモードのバ
られる.しかし,この結論はいくつかの仮定にもとづ
ンド状降雪雲では走向に一列に並んだセル構造が
いて導出されたものであり,降水機構に大きな影響を
みられ,バンドを構成するセル内の鉛直流や反射
持つ氷晶発生機構をより深くより正確に理解するため
因子の分布は孤立型の降雪雲と同じような発達過
には,雲内の初期氷晶の時空間分布のデータの集積と,
メカニズム別に測定可能な装置を用いた航空機による
程を示した.強い寒気場に出現した深いLモード
のバンド状降雪雲では,バンドの走向に直交する
氷晶核のin−situ meas皿ementが不可欠である(4章4
鉛直シアが大きく,これを反映して,バンド内で
節).
は長続きする循環が形成されていた(5章4節).
デュアルドップラーレーダ観測から,目本海上
弱い寒気移流場に出現した浅いTモードのバン
に出現する様々な降雪雲内部の3次元的気流構造
ド状降雪雲では,発達期にはバンドの軸付近で上
を明らかにした.バンド状降雪雲は,混合層内の
昇流域が卓越しており,バンドの前面と後面には
平均風向にほぼ平行な走向を持つバンド(L型ま
下降流が見られ,最盛期を過ぎると,バンドの前
たはLモード)と比較的大きな角度をなすバンド
面に上昇流,後面に高度約2km付近からバンド内
(丁型またはTモード)に分類することができる.
に流入する下降流という構造に変化した.深いT
しかし,線形論から予想されるようにバンドの走
モードのバンド状降雪雲では,バンドの進行方向
向と鉛直シアは平行ではなく,ある角度をなして
前方に張り出すアンビル状のエコーがバンド前面
いることが多く,降雪粒子により形成されたバン
の前方で地表に達し,これに伴う上空からの運動
ド内下層の冷気塊とバンド外下層の不安定大気と
量輸送によりバンド前面のr古い」上昇流域への
の相互作用がバンドの形成・維持に重要な役割を
不安定空気の供給が遮断され,上昇流はしだいに
果たしていることが示唆された(5章2節).
衰退し下降流となる.これに対して,地上に到達
寒気吹き出し時の代表的な雲である孤立型,L
したアンビル状エコーの前方では,バンドに流入
モード,Tモードの降雪雲では,いずれの場合も
する不安定な下層大気との間に収束が生じて,新
中層から降雪雲内に流入し雲内を下降する気流が
たに上昇流域が形成される.このように,新しい
存在し,それにより雲底下に低温領域(コールド
上昇流域が次々と「古い」上昇流域の前方に形成
ドーム)が形成されていることが確認された.コ
されることによって,バンドが維持されていた(5
ールドドームは,降雪雲に向かって吹き込んでく
章5節).
る地表付近の気流を押し上げることによって新た
航空機による直接観測を実施し,寒気吹き出し末
な対流セルの形成・維持に寄与していると考えら
期に目本海上に出現した雲頂高度(温度)が1.8㎞
れる.大きなスケールの収束場が存在しないとき
(一13℃)の背の低い対流性降雪雲の平均的特徴を明
の降雪雲の形態は,一般場の熱力学的構造や鉛直シ
らかにした.対流混合層は,最下層の超断熱減率と下
アの影響を強く受けている.一般に,鉛直シアが小さ
層500mにおける∼2℃の対流不安定,混合層トップ
くなると,寿命の短い孤立した降雪雲が出現し,鉛直
の強い気温逆転(∼2℃),雲底下の乾燥空気(60∼
シアが適度な大きさの時には,LモードやTモードに
70%)で特徴付けられていた.雲の微物理学的特徴
組織化された比較的長続きする降雪雲が出現する.下
は4章2節のゾンデ観測の結果と整合的であった.海
層と雲頂付近の水平風の鉛直シアが主に風速シアから
面付近の温位の高い気塊が上昇して,対流セルを形成
なる場合にはLモードのバンド状(筋状)降雪雲に,
していた.雲頂付近では,逆転層内に対流セルがオー
風向シアがある程度大きくなるとTモードのバンド
バーシュートし,風向・風速の急変も見られ,乱流指
状降雪雲が出現する.
数も大きく,熱と運動量の混合が活発に起こっている
孤立型の降雪雲の寿命は約1時間で,発達期には上
こが示唆された.降雪粒子が雲底下に現れる頃には下
昇流が雲内の大部分を占めるが,降水の発達とともに
層の上昇流は衰弱して,降雪粒子は雲底下の乾燥空気
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中(相対湿度60∼70%)で急速に昇華蒸発して冷た
入する一般流との間に強い収束域を形成・持続する構
い下降外出流を形成していた.これが海面付近の暖湿
な気流との問に収束域を形成し,次の対流のトリガー
造となっていた.他のSNOWBANDと比べSNOW
BAND6が大粒のあられを生成したのは,SNOW
となっていた(6章2節).
BAND6の通過時付近に一時的な下層収束の強まり
種々の測定装置を組み合わせた総合観測を実施
と上層への寒気流入による不安定化があり,上昇流が
し,寒気吹き出し時に出現する典型的な筋状降雪
強化されたためと考えられる(8章2節).
雲のほかに,これまでほとんど研究されていなか
北海道東部に中心をもつ発達した低気圧の後面に,
った低気圧通過後の風速増加域に出現するバンド
低気圧の北側を回り込んできた下層の比較的暖かい西
状降雪雲,移動性高気圧の先端付近に出現するバ
風と,大陸から低気圧後面に吹き込んできた中・上層
ンド状降雪雲,発達した低気圧の後面に出現する
の寒冷な西南西風によって不安定成層が形成され,比
背の高いバンド状降雪雲などの内部構造と降水機
較的背の高い(∼4.5㎞)バンド状降雪雲が出現した.
構を明らかにした.
観測した2本のバンド状降雪雲は時間空間的に隣接し,
低気圧の通過後,大陸からの寒気の吹き出しの
ともに準定常状態にあり比較的長続きしたが,レーダ
始まる数時問前に,観測領域に進入してきた風速
反射因子はBAND Aの15dBZに対して,BAND Bは
増加域に長さ40∼200kmのバンド状降雪雲が出現
30dBZを示し,その発達に大きな差を示した.両
した.バンドの走向は下層の風にほぼ直交してお
BANDとも,雪粒子のライミング成長が主な降水形
り,バンド内の最大上昇流は2∼4ms}1で,バンド
成メカニズムであったが,水平風の鉛直シアが降水能
内の下層には顕著な冷気塊がみられ,主な降水粒
子はあられであった.バンドの走向に直交する鉛
率に影響を及ぼして両BANDの発達の程度に大きな
直断面内の平均的気流構造としては,前面で上昇
ぎたため,雲の中・上部で上昇流域がdownshearに傾
流,後面で下降流という組み合わせが一般的な構
いており,上昇流中で発生した氷粒子(降水粒子の
造であったが,前面で下降流,後面で上昇流とい
芽)は雲上部で北側(downshear side)へ吹き飛ばさ
う気流構造も見られた.このような違いは,バン
れ,高濃度の過冷却雲水域(上昇流の近傍)を落下し
ドの走向に直交する鉛直断面内の水平風の鉛直シ
ないため2∼3㎜のあられ粒子にしか成長しなかった.
アの向きによって決まることが示唆された(8章1
一方,BANP Bでは,上昇流が下層でupshearに傾き,
節).
中・上層でもほぼ直立していたため,上昇流中で発生
移動性高気圧の先端部付近に形成されたSNOW
した降水粒子の芽は高濃度の過冷却雲水域を落下しな
BAND群が観測点上空を40∼60分間隔(30∼40㎞
がら,雲粒捕捉により効率的に成長した,それに加え
間隔)で通過した.これらのSNOWBANDは,中・
て,これらのあられ粒子の一部分が上昇流に再流入し,
下層への暖気移流による気層の不安定化と2×10−4s−1
さらに成長を持続することにより5∼6㎜のあられ粒
程度の収束によって形成されたもので,幅10∼20㎞
子を生成していた(8章3節).
長さ∼100㎞でほぼ北西一南東の走向を持ち,衛星写
発達した低気圧後面の気圧傾度の強い場に出現し
真やレーダ合成図で数時間追跡できるほど準定常的な
た背の低い筋状降雪雲(Lモードのバンド状降雪雲)
ものであった.通過するSNOW BANDは次第に強化
は,走向が平均風向から右に30∼400ずれた主モード
され,SNOWBAND6では6㎜に達するあられが生
の走向と,平均風向にほぼ平行な副次モードの走向を
成されていた.バンド前方から流入し,バンド前面で
もっていた.両モードとも,対流セルが緩やかに組織
上昇し,後面で下降するという平均的な気流構造がほ
化したもので,個々の対流セルは移動する雲に相対的
とんど全てのバンドで見られた.これに対応して,高
な気流で見るとほぼ軸対称な構造となっており,筋雲
雲水域もバンド前面に存在し,前面でより雲粒付きの
の走向は雲底一雲頂間のシアベクトルにほぼ平行であ
程度の大きい粒子を降らせていた.
った.上昇流域(コア)では氷晶や降雪粒子の数濃度
雪雲内の風の鉛直シアは中層にジェットを持ち,
は低いが5∼6㎜の大粒のあられが存在し,上昇流域
降水に伴う大きな運動量を持った下降流が前方から侵
と高dBZ域が対応する,というデュアルドップラーレ
差異をもたらしていた.BAND Aでは,シアが強す
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一ダ観測の結果と一致した.降雪粒子のリサーキュレ
条件に用いて,現実的な雲頂高度の降雪雲と山岳風上
ーションが浅い雪雲の中で大粒のあられ形成に重要な
側での降雪の集中が再現された.落下速度の違いによ
役割を果たしていることも強く示唆された(8章4
り地上降水強度のピークはあられよりも雪の方が20
節).
㎞ほど内陸(風下側)に現れることも示された.氷
降雪雲数値モデルとして,降雪粒子の成長をラグ
晶数濃度は,海上では102個ゴ3程度だが内陸では103
ランジュ的に取り扱う1次元雲微物理モデル,より広
∼104個nf3に増大することが示された.これらは雲
域な雲の形成過程を取り扱う2次元・3次元非静力学
頂/雲内温度の低下による氷晶数濃度の増加に相当し
モデルなど,さまざまなスケール・手法からなるモデ
ており,山による気層の持ち上げ効果は,水蒸気の凝
ルの開発を行った.
結とともに,氷晶数増加を通じて降水の増大に寄与し
1次元雲微物理モデルの結果から,雪雲内のあられ
ていると考えられる.山を与えず海陸分布のみの実験
の大部分は雲粒付き雪結晶から生成され,比較的強い
でも,海岸線より風下側に降水強度のピークが見られ
上昇流,高い雲頂温度,厚い雲層,低い氷晶発生率の
る.これには海陸の温度差による下層収束の効果が重
ときに効率的にあられが生成されることが示された.
要で,粗度の違いによる摩擦収束の寄与は小さいこと
冬期季節風時に出現する目本海降雪雲に関しては,あ
が示された.山の高さを変えた実験では,山の高さ
られ形成に必要な条件は液体雲水量がO.4gゴ3以上,
800m以上で降水量・降水能率が顕著に増大した.一
雲粍の粒径が10μm以上あることも示された(11章1
方,wamlrain過程では,降水能率は全般に低く,凝
節).
結した雲水は雨水に効果的に変換されないことも示さ
2次元3重ネステッド雲モデルを用いて,冬期目本
れた(9章3節).
海上における対流混合層の発達と雪雲の形成過程を調
3次元3重ネステッド雲解像モデルを用いて,寒気
べた.2次元という制限にもかかわらず,モデルは混
吹き出し時の混合層の発達及びその中での降雪雲の形
合層の発達と雪雲中で起こっている微物理学的過程に
成をシミュレートした.流入側境界条件としてウラジ
ついて,観測事実の多くを再現した.並の寒気吹き出
オストックにおけるゾンデ観測のデータを用い,水平
しと強い寒気吹き出しの場合の目本海上の平均熱フラ
一様性を仮定して計算したにもかかわらず,雪雲の水
ックスは,それぞれ400∼500Wnf2,800∼900Wゴ2で,
平分布,雲頂高度の地理的分布,地形による変質効果
ボーエン比は大陸東岸からの吹走距離とともに減少す
等を良く再現した.その他に,あられ降水の地理的分
るが,平均値はそれぞれ1.2,L9であった.これら
布,降雪雲のバンド状構造(走向・バンド幅〉,個々
の値は従来の解析結果と概ね一致した.対流混合層内
の対流セルの空問スケールや3次元的構造,それらの
における降雪雲の発達に関しては,雲粒凍結による氷
集合からなる雲群の構造等も概ね再現された.2次元
晶発生と,雲粒捕捉により成長した雪結晶があられの
数値実験と3次元数値実験の比較から,2次元数値実
エンブリオとして働くことが示唆された.雪は平野部
験でも混合層の発達やその中に形成される降雪雲の微
や山岳地域で降り易く,あられは海上や沿岸域で降り
物理構造は良く再現できていることが示された.モデ
易いことも示された.海上では,降水粒子は雲底下の
ルの中で計算される鉛直流は,モデルの水平格子間隔
乾燥空気中で急速に昇華蒸発することも示された.並
に強く影響されるので,雲の微物理量も鉛直流を通し
の寒気吹き出しと比べると強い寒気吹き出し時には,
て大きな影響を受けている.今回の数値実験の結果か
混合層が10∼20%厚くなると同時に雲底高度も低く
ら,海上の対流性降雪雲を適切に取り扱うためには最
なり,時には雲底が海面に接する(蒸気霧)ほど低く
低でも1∼3㎞の水平解像度が必要であり,粗い水平
なることが示唆された。氷晶・雪の数濃度も1桁以上
格子間隔のモデルを用いる場合は,鉛直流の格子間隔
増加し,あられは小粒径化し,あられと雪の割合も減
依存性を補正する,一種のパラメタリゼーションが必
少することが示された(9章1節).
要となることが示唆された(9章4節).
冬期北日本の地形性降雪の2次元数値実験を行い,
また,これらのモデルを使って,ドライアイスな
降雪雲に対する山岳地形の効果を調べた.実験では目
どのシーディングによる雪雲の変質についてシミュレ
本海中央部の大気の鉛直プロファイルを流入側の境界
ーションを行った.1次元雲微物理モデルや3次元非
一6一
気象研究所技術報告第48号 2005覧
静力学モデルを用いて,適度のシーディングによる降
節,11章2節).
雪量の増加と過度のシーディングによる降雪量の抑制
実際の野外シーディング実験は,寒気吹き出.しに
の可能性が示された.目本海上の対流性降雪雲に対す
伴って仙台沖の太平洋上に再発生した雲頂温度一20℃
るシーディングの場所としては,雲の上層より下層の
(高度3㎞)の降雪雲を対象に実施した.ドライアイ
方が効果的であることも3次元モデルの結果から示さ
スペレットを雲頂上方から散布し,その後の雲の微物
れた.2次元非静力学モデルを用いて,海上の特定の
理構造の変化を航空機で観測した.シーディング実験
場所でシーディングして過冷却雲水の殆どを氷化させ
から,シーディング直後には,雲内に1000個rを超
ることにより,領域全体の降水量は殆ど変化しないが,
える高濃度の氷晶が発生すること,シーディング10
風下20∼40㎞では降雪が2倍に増加し,さらに風下
分後から雪片形成を通して降雪粒子が生成されること,
の陸域では降雪は逆に10%減少することが示された.
シーディングプリュームの幅は3分後に300m程度で
これは,シーディングによる日本海沿岸・平野部の降
あるが10分後には1㎞程度まで広がることが示され,
雪抑制の可能性を具体的に示したものである(11章1
降雪雲の人工調節の可能性が実証された(10章).
一7一
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ー-ー 研究の目的 冬季, 大陸からの寒冷な季節風は日本海