成熟期の台風の強度・構造変化と海洋との相互作用の解明
| A01-K3. 成熟期の台風の強度・構造変化と海洋との相互作用の解明 | |
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| 代表 | 和田 章義#（気象研究所・主任研究官） |
［学位取得：#気象学］
研究目的
台風のライフステージにおいて、暖かい海洋上で発生し、発達と共に軸対称構造を形成する。この典型的な渦は、最低中心気圧または最大風速で代表される最大強度に達した後、ジェット気流などの大気環境場や海面水温が低い海域の影響を受けることにより、軸対称から非対称構造へと変化し、強度変化も伴うことは多くの研究者に認識されている。しかしながら、このような成熟期の台風の強度・構造変化に対する海面水温や海面熱フラックスの寄与については、よくわかっていない。中緯度黒潮続流海域において、成熟期に強度を維持もしくは再発達する台風に対する表層海洋の役割を理解することは、中緯度における台風の再発達過程の理解だけでなく、台風の温帯低気圧化を理解する上での１つの足がかりとなることが期待される。そこで本研究では、主に高解像度の大気波浪海洋結合モデルによる数値シミュレーションを通じて、海面水温や海面熱フラックスの変化に関わる海洋の短期変動、及びこうした海洋変動と成熟期の台風との相互作用の解明を目的とする。
研究計画
平成23年度
台風通過時の海洋応答、特に大気海洋間のpCO2やCO2フラックスの短期変動プロセスを解明するために、 ・黒潮・黒潮続流域での台風・温帯低気圧による海洋表層の短期変動の解析を計画研究A02-6と連携をとりつつ実施する。具体的には定置ブイ、漂流ブイ、衛星海面高度計、マイクロ波による衛星海面水温データ、衛星海色計データにより、台風通過時の海洋表層の短期変動の解析を行う。定置ブイには海洋pCO2を測定できるセンサーが搭載されている （例：Bond et al., 2011）ことから、海洋pCO2のデータが正常に取得された場合、Nemoto et al.(2009)で報告されているような海洋pCO2の突発的な変化が中緯度海洋においても観測されているかどうか調査する。また台風Choi－Wan(2009)における海洋pCO2の短期変動に関するBond et al (2011)の結果について、Wada et al (2011)の数値シミュレーションによる手法が適用可能かどうか、検討を行う。 台風Choi-Wan(2009)に関しては、 ・高解像度（水平分解能3km）大気波浪海洋結合モデル (Wada et al., 2010を発展させたもの)による数値実験 の計算結果について予備解析を行い、必要に応じて他の初期値、他の台風事例についても数値実験を実施する。海洋の大気変動が成熟期の台風の強度・構造変化に与える影響. 対流圏上層における大気変動が台風の強度・構造に与える影響との比較研究を 連携研究者である北畠尚子氏と共に実施する。下記感度実験については、必要に応じて実施することとする。 1)モデルの水平解像度の違いが成熟期の台風の強度・構造に与える影響 [連携研究者 北畠尚子氏との共同実施]. 2)海色の違い（クロロフィル濃度）が成熟期の台風の強度・構造変化に与える影響.
平成24年度
本年度は、台風通過時の海洋応答、特に大気海洋間のpCO2やCO2フラックスの短期変動プロセスについて、2009年の台風Choi-wanの数値シミュレーション結果を解析する。台風通過時の表層海洋変動、特に海面水温低下プロセスと突発的な大気海洋間のpCO2の差の変動との関わりについて考察を行い、論文に取りまとめる。本解析については計画研究A02-6と連携をとりつつ実施する。 水平分解能6kmの大気波浪海洋結合モデルによる2009年の台風Choi-wanの数値実験結果について、Cyclone Phase Space analysis（北畠,2011）を実施し、台風通過時に形成される海水温低下域が成熟期の台風の強度・構造変化に与える影響について研究を進める。 2011年に北緯20,22,24度、東経137度に投入した双方向通信を利用した自動昇降式フロートによる水温、塩分データを元に、2011年台風Ma-on通過時における水温、塩分変動の調査を実施する。この他、2011年の台風Talas及びRokeについて数値シミュレーションを実施し、Talasについては、台風のサイズに対する大気海洋相互作用の寄与、Rokeについては数値モデルの高水平解像度（2km以下）により黒潮域での台風急発達再現を試み、急発達に対する海洋の役割に関する研究を実施する。
研究概要
平成23年度
台風Choi-wan(2009)通過前後に生じる大気、海洋でのpCO2及びCO2フラックスの変動について、水平解像度6kmの大気波浪海洋結合モデルにより数値実験を実施した。 Bond et al.(2011)で観測された、KEOブイ位置におけるChoi-wan通過時のpCO2の差（海洋-大気）の急激な増加は再現されなかったものの、モデル実験結果から、積分時間とともにpCO2の差は増加し、 台風近傍及び進行方向右側で、海洋から大気へ突発的にCO2フラックスの増加が見られた。 台風Choi-wan(2009)について、水平解像度3,6,12,24kmで大気波浪海洋結合モデルにより数値実験を実施した。 海洋層モデルを結合しないで実施した数値シミュレーション結果は、気象庁ベストトラックと比較して台風を過発達させていた。この過発達は海洋モデル結合により弱まったが、水平解像度3及び6kmでは海洋結合しても過発達の傾向が残った。 初期値・側面境界値による差異の点では、中心気圧の予測についても特に6km水平解像度の数値シミュレーションで以下の点で大きな差が見られた： 海面気圧分布・対流圏中層(500hPa高度)での流れの場と相対湿度場においては、全球客観解析による初期場を用いた場合に台風中心域で低気圧性循環が強く相対湿度が高くなっており、結果として最低中心気圧で20hPaもの差が生じた。 一方、水平解像度12kmでは初期場の違いによるこのような中心気圧の差は見られなかった。 台風強度（中心気圧）に直接関連する台風構造の再現性に関して、高度1.5kmでの渦位分布及び１時間降水量分布に着目すると、水平解像度6kmの全球客観解析データを用いた数値シミュレーション結果のみ、TRMM/TMIの降水分布から見積もられる直径約100kmの台風の眼のサイズを良好に再現していたが、他の数値シミュレーション結果は台風の眼のサイズを過大にシミュレーションしていた。 台風渦の理想実験から、海面水温低下により渦位リングは弱まり、またその直径は拡大するものの、海面水温の低下が温帯低気圧的な構造への変化をもたらすことはなく、 また及び気象庁大気再解析データによる解析から、温帯低気圧化には必ずしも海面水温の値、温度勾配が直接的に寄与していないことが明らかとなった。
平成24年度
2009年台風Choi-wanについて、前年度に引き続き水平解像度6kmの非静力学大気波浪海洋炭素平衡結合モデルによる数値シミュレーションを実施した。また本数値シミュレーション結果についてNOAA/PMELのKEOブイの観測データと比較検証した。台風進路については、３時間ほどシミュレーション結果の方が移動速度が遅かったものの、中心気圧の深まりについてはシミュレーションと観測結果は整合していた。移動速度が遅いことによる近慣性流による移流のずれと乱流混合により、KEO観測点に相当するモデル格子点では、海面水温、海面塩分、無機溶存炭素はどれも初期時刻の値と比較して小さくなった。台風の位置に合わせた座標系で見た点（ブイの南側の点）では海面水温は観測と比べて過度に低下していたものの、塩分及び無機溶存酸素が増加することにより、海洋二酸化炭素分圧の低下量は小さく、海水温29℃で規格化した二酸化炭素分圧は初期時刻より増加し、観測データの時間変化とより整合するようになった。以上の結果は、黒潮続流域の台風通過による海面二酸化炭素分圧の変動は海面水温だけで決まるのではなく、塩分や無機溶存炭素も重要であることを示唆する。 2011年の台風Ma-on、Talas及びRokeについて数値シミュレーションを実施した。Ma-on,Talasについては、台風による海水温低下が台風強度シミュレーションに重要である一方、Rokeについては、台風による海水温低下の効果を考慮しない場合、水平解像度2kmの結合モデルで中心気圧の急激な深まりを再現することができた。 双方向通信を利用した自動昇降式フロートによる水温、塩分データは、台風により水温低下のみならず塩分も急激に変動することを示していた。台風Ma-onの事例についてブイデータを用いたモデル結果の検証を行ったものの、台風進路誤差による海洋応答への影響が大きかった。 台風Talasについては、側面境界条件に関するパラメータを変えた実験を実施し、この値の設定により、台風の進路が大きく変わりうることがわかった。
