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対馬海峡で複数の漁船の遭難事故をもたらした突風の正体に迫る ~わずか直径1kmの竜巻状渦が繰り返し発生していた様子が明らかに~

2019年4月8日

東京大学大気海洋研究所
気象庁気象研究所

発表のポイント

◆2015年9月1日未明、対馬海峡で突風発生時に存在したメソβスケール(注1)の渦(以下メソβ渦)を、スーパーコンピュータ「京」による高解像度シミュレーションで再現し、突風の原因がメソβ渦内で発生した複数の竜巻状の渦である可能性が高いことを示しました。
◆さらに、今回のメソβ渦は、回転速度が地表面近くで大きいことなど、これまで地球上で観測された類似のスケールの渦とは異なる特徴を持っていたことがわかりました。
◆近年、同様のメソβ渦は本事例以外にも少なくとも3事例発生しており、うち1事例は漁船の被害を生じていることから、本研究は将来の海上突風予測に繋がると期待されます。

発表者

栃本 英伍(東京大学大気海洋研究所 海洋物理学部門 特任研究員)
横田  祥(研究当時:気象庁気象研究所 予報研究部 研究官)
新野  宏(東京大学大気海洋研究所 海洋物理学部門 名誉教授)
柳瀬  亘(研究当時:気象庁気象研究所 台風研究部 研究官)

発表概要

2015年9月1日午前3時~4時頃に対馬海峡の海上で突風が発生し、漁船5隻が転覆、5名が死亡する被害が発生しました。当時、突風発生位置付近には強い対流システムを伴う直径30km程度のメソβスケールの渦(メソβ渦)が存在しており、このメソβ渦が突風を引き起こしたと考えられます。しかしながら、突風がメソβ渦内のどのような現象によって引き起こされたのかはよくわかっていませんでした。

そこで東京大学と気象庁気象研究所の共同研究グループは、気象庁の数値モデルを用いてこの突風事例の高解像度数値シミュレーションを行い、突風が生じた原因を調べました。数値シミュレーションによって再現されたメソβ渦の内部では、直径1km以下の竜巻状の渦が繰り返し発生しており、この竜巻状の渦が突風を引き起こした可能性が高いことがわかりました。また、今回竜巻状の渦を起こしたメソβ渦は、海面近くで最も回転が強いなど、これまで地球上で知られている類似のスケールの渦とは異なった構造・成因を持つ新しいタイプの渦であることもわかりました。

今回の研究により、同様のメソβ渦が発生すると、突風の危険性があり、海上交通にとって大きな脅威となることがわかりました。今後、さらなる研究の積み重ねによって、将来的な海上での突風予測に繋がっていくことが期待されます。

発表内容

【研究背景】
竜巻などに伴う突風はしばしば建造物や人に甚大な被害を生じ、社会に大きな影響を与えます。突風の中でも甚大な被害を生ずる竜巻は、主に強い回転を伴う積乱雲によって引き起こされます。一方で、海上で突風を生ずる積乱雲の特徴やメカニズムはこれまであまり調べられていませんでした。

今回、東京大学と気象庁気象研究所の研究グループは、2015年9月1日に対馬海峡の海上で生じた突風事例に着目しました。突風は午前3時~4時ごろに発生し、漁船が5隻転覆、5名が死亡する甚大な被害を生じました。救助された船員は、突然巻くような風に襲われたと証言しています。当時、突風が発生した場所付近は、九州の西にある温帯低気圧の北東に当たり(図1(a))、気象庁の福岡ドップラーレーダーによりらせん状の降水分布(図1(b))を伴う直径30km程度のメソβ渦(図1(c))が観測されていましたが、レーダーの時間空間解像度が粗いため、このメソβ渦の詳細な構造や突風を起こした現象についてはよくわかりませんでした。そこで、本研究グループでは、スーパーコンピュータ「京」を用いた高解像度数値シミュレーションを行い、メソβ渦の詳細な構造と発生・発達過程、および突風を起こした現象について調べました。

【研究内容】
水平解像度2kmの計算領域の中に、水平解像度350mの計算領域、さらにその中に水平解像度50mの計算領域を埋め込んだ高解像度の数値シミュレーションを行った結果、メソβ渦(図2(a))内部の詳細な構造が得られました。メソβ渦の中心の西側では、直径が1km以下の竜巻状の渦が次々と発生・発達を繰り返す様子が見られました(図2(b))。この竜巻状の渦に伴う風速は最大で50 m/sを超えており(図2(c))、漁船を転覆させた突風はこれらの竜巻状の渦に伴うものだったと考えられます。これらの竜巻状の渦は、メソβ渦内部の水平風の水平方向の風向・風速変化(水平シア)の大きな領域で生ずる水平シア不安定(注2)の機構で発生したものと思われます。また、竜巻状の渦を引き起こしたメソβ渦は、海面付近で最も回転が大きく(図3)、これまで知られていた類似のスケールの渦とは異なった構造の新しいタイプの渦であることが明らかになりました。メソβ渦の発生・発達機構を調べたところ、メソβ渦の南西に中心を持ち、メソβ渦より10倍以上水平スケールが大きい温帯低気圧内にある水平シアに伴う回転を、強い対流の上昇気流によって一カ所に集めてくることがメソβ渦の強化に重要であることもわかりました。

【研究の意義・今後の展望】
スーパーコンピュータ「京」を用いた高解像度シミュレーションを行うことにより、観測データや目撃情報の少ない夜間の海上で起きた海難事故を起こした突風の原因が、メソβ渦とその内部で繰り返し発生した竜巻状の渦にあることを示すことできました。また、このメソβ渦が、地球上でこれまで観測されたことのない構造を持つ新しいタイプの渦であることがわかりました。

同様のメソβ渦の事例は、今回解析したものの他にも少なくとも3事例(2011年8月、2016年9月、2016年10月)見つかっています。特に2011年8月21日に山口県の西の海上で発生したメソβ渦は、漁船の転覆を引き起こし、1名が亡くなるという被害が生じています。このことから、今回調べたメソβ渦とそれに伴う竜巻状の渦は海上交通にとって脅威であることを初めて示すことができました。今後、同様のメソβ渦の解析事例を増やすことにより、年に何個程度発生し、どの季節に発生しやすいかといった気候学的な特徴を把握すると共に、どういう環境で発生しやすいかを明らかにすることは、気象学的にも防災上の観点からも重要だと考えられます。

また、アンサンブルシミュレーション(注3)などを行うことで、メソβ渦が既存の数値モデルによりどの程度前の時間からどの程度予測できるかを明らかにすることは、将来の防災情報の発信のために非常に有用であると考えられます。

今後、さらなる研究の積み重ねによって、将来的な海上での突風予測に繋がっていくことが期待されます。

本研究は文部科学省フラグシップ2020(ポスト京)重点課題4「観測ビッグデータを活用した気象と地球環境の予測の高度化」の委託を受け、結果は理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」を利用して得られたものです(課題番号hp180194)。

発表雑誌

雑誌名:「Monthly Weather Review」
論文タイトル:Mesoscale Convective Vortex that Causes Tornado-like Vortices over the Sea: A Potential Risk to Maritime Traffic
著者:Eigo Tochimoto, Sho Yokota, Hiroshi Niino, and Wataru Yanase
DOI番号:10.1175/MWR-D-18-0302.1

問い合わせ先

東京大学大気海洋研究所 海洋物理学部門
特任研究員 栃本 英伍(とちもと えいご)
E-mail:tochimoto◎aori.u-tokyo.ac.jp      ※アドレスの「◎」は「@」に変換して下さい。

用語解説

注1:メソβスケール
大気中にはさまざまな時間・空間スケールの現象がありますが、メソβスケールは20-200kmを指します。今回の事例では、水平スケール30-50㎞のメソβ渦の中に直径1km程度の竜巻状渦が発生していたことがわかりました。
注2:水平シア不安定
水平風の水平方向の変化(水平シア)が大きい場所で起こる不安定で、大気中の渦や波動をしばしば発生させることが知られています。
注3:アンサンブルシミュレーション
予測の不確定性を評価するため、観測誤差程度のばらつきを持つ複数の初期値を用いて行う数値シミュレーション。

添付資料

図1.観測されたメソβ渦の特徴。(a) 2015年9月1日午前3時の地上天気図。気象庁の福岡レーダーによって午前3時32分に観測された (b)降水粒子の分布 と(c)レーダーから遠ざかる方向の風速成分 (負号はレーダーに近づく方向の風速を表す;m s–1)。(b)と(c)の赤丸はメソβ渦の位置を表す。(a)の赤の×印は突風発生場所(いずれも気象庁提供)。

図2.再現されたメソβ渦の特徴。 午前4時41分の(a)雨の強さ(色;単位重さの空気に含まれる雨の重さをkg kg–1の単位で表示) と海面気圧 (黒実線; hPa) (b)高度30mの鉛直軸周りの回転の強さ (色; s–1) 、 海面気圧 、水平風のベクトル。(c) 高度30mの鉛直軸周りの回転の強さの最大値(青破線; s–1) と 最大風速 (赤実線; m s–1)の時間変化。

図3.再現されたメソβ渦の中心を横切る鉛直構造。 午前4時20分の鉛直軸周りの回転の強さ (色; s–1) 、 気圧の領域平均値からのずれ(黒線; hPa) 、温位(青線; K)。2km解像度の数値シミュレーションの結果から作成した図であることに注意。

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