台風0418号の風速場の特徴

Report
沖縄偏波降雨レーダー(COBRA)で観測
された台風0418号の風速場の特徴
*1
*2
*3
佐藤晋介 、長濱紘子 、花土弘 、
*1
*4
*4
中川勝広 、高橋暢宏 、井口俊夫
*1
NICT沖縄亜熱帯計測技術センター
*2 東京学芸大学 気象学研究室
*3 JAXA GPM/DPRプロジェクトチーム
*4 NICT降水レーダグループ
気象学会2005年度春季大会
専門分科会
「2004年の台風はなぜ異常だったか?」
5月18日@東京大学本郷キャンパス
台風0418号(SONGDA)の特徴
沖縄県名護市で沖縄本島
での観測史上最低の気圧
925.2hPa (AMeDAS)を記録
(9月5日18時JST)
08
広島市で60.2m/s、札幌市
で50.2m/sの最大瞬間風速
を記録。北大のポプラ並木
を倒すなどの被害。
970hPa
07 945
06 940
925hPa
05 935
940
945
04
935
03
02
09/05, 09JST
09/05, 12JST
935
01 945
31
998hPa
975
30
980
29
28
27
<本研究の目的>
COBRAのほぼ真上を通過
した軸対称性の良い台風
0418号の「風速場の特徴」
を地上気象観測データと
ドップラー速度から調べる
09/08,09JST
09/08,12JST
COBRA観測範囲とNICT
地上気象観測システム
大宜味大気観測施設
主な観測量(+45送信、H/V受信)
・反射強度、ドップラー速度
・偏波データ(ZDR, (LDR), ρHV, φDP)
名護降雨観測施設
(COBRAサイト)
沖縄亜熱帯計測技術
センター(恩納)
10分毎のシーケンス
・PPI (14-EL angles)
・RHI (4 AZ angles)
・POS (EL=90 deg)
<COBRA観測データ ~18 時間>
1030JST: dual-Cycleモード(TWTAパルス圧縮)
|
1800JST:台風中心がCOBRAサイトを通過
|
与那国海洋観測施設
280 km
1950-2120JST:1時間30分の欠測
|
2230JST以降: dual-PRFモード(Klystron)
|
9/6, 0430JST(1930Z)以降: 発発故障により欠測
距離分解能:150 m/300 m
ビーム幅:0.9 deg
石垣市立野底小学校
<解析に使用したデータ>
・反射強度+ドップラー速度(PPI EL= 0.9 deg)
・COBRAサイトの地上気象観測データ
MOTION [m/s]
COBRAサイトを通過する台風
8
7
6
5
4
3
2
1
0
台風中心の移動速度
COBRA(±30min)
COBRA(±90min)
JMA Best Track
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00 JST
COBRAサイト 地上気象観測データ
60
最大瞬間風速
56.1 m/s (18:57)
最大平均風速
29.8 m/s (16:58)
55
975
50
965
40
955
35
30
945
25
20
935
15
10
5
0
6:00
平均風速
最大瞬間風速
海面気圧
最低海面気圧
917.6 hPa
(17:35)
8:00
10:00
05SEP2004
12:00
14:00
925
915
16:00
18:00
20:00
TIME
(JST)
TIME
22:00
0:00
2:00
4:00
06SEP2004
<台風中心>
瞬間風速 4.5 m/s (18:01)
平均風速 4.2 m/s (18:05)
6:00
PRESSURE [hPa]
WIND SPEED [m/s]
45
気圧変化から求めた傾度風
WIND SPEED [m/s]
1403Z
0900Z
P=Pc + ΔP exp[-(Rm/R)^B]
975
Gradient Wind
ΔP=62hPa, Rm=47km, B=1.1
50
965
40
955
30
945
20
935
Sea-Level Pressure
Max. Instant. Wind Speed
Mean Wind Speed
10
0
PRESSURE [hPa]
0224Z
60
925
915
-150
-100
-50
0
50
100
150
DISTANCE from the Typhoon Center [km]
1) COBRAで求めた台風中心の移動速度から時刻を距離に変換する
2) 気圧変化からHolland(1980)の式による回帰曲線を求める
3) 気圧傾度力(と遠心力+コリオリ力)から、傾度風を求める
・ 旋衡風速(傾度風)の大きさは、最大瞬間風速と同程度
・ 旋衡風速の最大半径(Rm=47 km)は観測値(Rm=15~30km)より大きい
ドップラー速度の解析方法(1)
~折り返し補正~
観測(生)データ
5 m/s
70
折り返し補正後
40 m/s
60
接線速度 [m/s]
Vmax=5.6 m/s
シミュレーション(参考値)
50
40
30
20
10
0
DualPRF
0
5
10
15
20
25
30 35 40 45 50 55
台風中心からの距離 [km]
60
65
70
75
80
与えた接線方向の風速成分
(pulse
by
pulse)
速度の連続性による
折り返し補正
Vmax=21.1 m/s
20 m/s
40 m/s
ドップラー速度の解析方法(2)
~接線速度成分の抽出~
y
接線風速
ベクトル
台風中心の移動
速度ベクトル vm
 Vr  Vm cos    sin  V  Vm sin    cos

Vd 
 Vr  Vm cos    cos  V  Vm sin    sin
vd ドップラー速度
vθ
vr
θ
動径風速
ベクトル
φ
o
x
接線速度成分の係数
 V sin   

 Vr cos  
接線速度成分



動径速度成分

  sin  
   cos 

 
 Vm cos  

移動速度成分
:台風中心から見た観測点の方位角
:レーダから見た観測点の方位角
:台風の移動方位角
動径速度成分の係数
接線速度成分の寄与率
ドップラー速度から求めた平均接線風速
0330Z
観測されるドップラー速度
Vd
 V sin   
 Vr cos  

 Vm cos   
接線速度成分
動径速度成分
移動速度成分
 :台風中心から見た観測点の方位角
 :レーダから見た観測点の方位角
 :台風の移動方位角
台風中心に対して一周平均
した接線速度
動径速度(Vr=0)と移動速度
成分を差し引いた結果
50
TANGENTIAL VEL [m/s]
ドップラー速度(観測値)
40
30
20
0230Z
0330Z
0430Z
1230Z
10
0
0
25
50
75
100
125
150
DISTANCE from the Typhoon Center [km]
175
平均接線風速と地上観測の比較
WIND SPEED [m/s]
1403Z
0900Z
P=Pc + ΔP exp[-(Rm/R)^B]
975
Gradient Wind
ΔP=62hPa, Rm=47km, B=1.1
50
965
40
955
30
945
20
935
1230Z-Doppler
Sea-Level Pressure
Max. Instant. Wind Speed
Mean Wind Speed
0430Z-Doppler
10
0230Z-Doppler
0
925
915
-150
-100
-50
0
50
100
150
DISTANCE from the Typhoon Center [km]
・ ドップラー速度から求めた平均接線風速
(高度2~4 km)は、傾度風の大きさ(~
地上観測の最大瞬間風速)とほぼ一致。
・ 接線風速最大となる半径は、18~20 km
でアイウォールの半径とほぼ一致。
半径20kmの円
2重のアイウォール
PRESSURE [hPa]
0224Z
60
台風中心部の時間変化(10分毎)
反射強度 (dBZ)
ドップラー速度 (m/s)
[折り返し補正なし]
まとめ・今後の課題
◇ 1台のドップラーレーダー観測から求めた平均接線
風速(高度2~4 km)は25~40 m/sで、傾度風の
大きさとほぼ一致した。
◇ 接線風速が最大になる半径は~20 kmで、アイ
ウォールの半径と良く一致した。
◇ 地上観測で得られた2つの風速ピークは、アイ
ウォールの2重構造に対応すると考えられる。
△ 降水バンドおよび風速場の3次元構造
→ 降水バンドによる風速強化(?)のメカニズム解明
△ 数値予報モデルとの比較、インプット(データ同化)
→ 予測精度の向上
平均接線風速と動径風速
(同心円状に一定)
0330Z
0330Z
0330Z
1230Z
1230Z
1230Z
移動速度成分
除去のエラー
PPI+RHI 1330JST (velocity aliasing)
Vmax=5.61 m/s
eye-wall bank
eye-wall bank
RANGE (0-100 km)
RANGE (0-100 km)
Vmax=14.04 m/s
PPI+RHI 1800JST(ほぼ台風中心)
Vmax=5.61 m/s
eye-wall
convergence
RANGE (0-100 km)
RANGE (0-100 km)
Vmax=14.04 m/s
PPI+RHI 2230JST
Vmax=21.14 m/s
RANGE (0-100 km)
RANGE (0-100 km)
Vmax=14.04 m/s
COBRA観測シーケンス
COBRA+ (DualCycle Beam)
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
17
20
22
24
Pol
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
EL
[deg]
0.5
0.9
1.4
2.0
2.6
3.4
4.3
5.5
6.8
8.5
10.5
13.0
16.1
20.0
RHI
RHI
RHI
RHI
COBRA (Dual-PRF)
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
17
20
22
24
Pol
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
+45
EL
[deg]
0.5
0.9
1.4
2.0
2.6
3.4
4.3
5.5
6.8
8.5
10.5
13.0
16.1
20.0
RHI
RHI
RHI
RHI
AZ
[deg]
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
41.2
160.0
245.5
340.0
AZ
[deg]
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
PPI
41.2
160.0
245.5
340.0
1st Beam (Long Pulse)
Pulse
PW
PRF
Range
No. TX [us] [Hz]
[km]
221
100.0
400.0
280.0
221
100.0
400.0
280.0
221
100.0
400.0
280.0
221
100.0
400.0
250.0
221
100.0
400.0
250.0
221
100.0
400.0
250.0
220
50.0
666.7
140.0
220
50.0
666.7
140.0
220
50.0
666.7
140.0
220
50.0
666.7
140.0
220
50.0
666.7
100.0
220
50.0
666.7
100.0
220
50.0
666.7
100.0
220
50.0
666.7
100.0
57
1.0 1000.0
100.0
57
1.0 1000.0
100.0
57
1.0 1000.0
100.0
57
1.0 1000.0
100.0
PW
[us]
2.0
2.0
2.0
2.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
PRF1
[Hz]
500.0
500.0
750.2
750.2
750.2
750.2
1000.0
1000.0
1000.0
1000.0
1350.4
1350.4
1350.4
1350.4
1000.0
1000.0
1000.0
1000.0
PRF2
[Hz]
375.4
375.4
563.1
563.1
563.1
563.1
750.2
750.2
750.2
750.2
1013.2
1013.2
1013.2
1013.2
-
2nd Beam (Short Pulse)
Vmax Pulse
PW
PRF
Range
No. TX [us] [Hz]
[m/s]
[km]
5.61
57
1.0
400.0
20.0
5.61
57
1.0
400.0
20.0
5.61
57
1.0
400.0
20.0
5.61
57
1.0
400.0
20.0
5.61
57
1.0
400.0
20.0
5.61
57
1.0
400.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
9.36
57
1.0
800.0
20.0
14.04
57
1.0 1000.0
20.0
14.04
57
1.0 1000.0
20.0
14.04
57
1.0 1000.0
20.0
14.04
57
1.0 1000.0
20.0
Range
[km]
292.0
292.0
180.0
170.0
170.0
170.0
140.0
140.0
140.0
140.0
75.0
75.0
75.0
75.0
100.0
100.0
100.0
100.0
Vmax
[m/s]
-21.14
-21.14
-31.68
-31.68
-31.68
-31.68
-42.15
-42.15
-42.15
-42.15
-56.94
-56.94
-56.94
-56.94
14.04
14.04
14.04
14.04
Integ
[hit]
32
32
32
24
24
24
24
16
16
16
16
16
16
16
64
64
64
64
Ant. Speed
[rpm]
1.1
1.1
1.3
1.8
1.8
2.3
3.1
4.5
5.0
5.0
6.0
6.0
6.0
6.0
0.5
-0.5
-0.5
0.5
Integ Ant.Spd
[hit]
[rpm]
26
1.3
26
1.3
26
1.3
18
1.8
18
1.8
16
2.0
44
2.3
36
3.0
26
4.1
26
4.1
26
4.1
26
4.1
26
4.1
26
4.1
64
0.5
64
-0.5
64
-0.5
64
0.5
Time
[sec]
54.5
54.5
46.2
33.3
33.3
26.1
19.4
13.3
12.0
12.0
10.0
10.0
10.0
10.0
30.0
30.0
30.0
30.0
Time
[sec]
47.0
47.0
47.0
34.0
34.0
30.0
27.0
20.0
15.0
15.0
15.0
15.0
15.0
15.0
30.0
30.0
30.0
30.0
備考
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
Vel Fold
EL=0°→90°
EL=90°→0
EL=0°→90°
EL=90°→0°
備考
El=0→90
El=90→0
El=0→90
El=90→0
TRMM観測データ
09/05, 0443JST
09/05, 1115JST
09/06, 0525JST
等価地球半径によるビーム高度
COBRA Volume Scan: EL=0.5, 0.9, 1.4, 2.0, 2.6, 3.4, 4.3, 5.5, 6.8, 8.5, 10.5, 13.0, 16.1 20.0 (14 angles)
16
14
Height [km]
12
10
8
6
4
2
0
0
50
100
150
200
250
Slant Range [km]
Distance along the Earth surface (using the 4/3 R: Earth equivalent radius)

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