台風下における海面抵抗係数の海洋物理環境場への影響

台風下における海面抵抗係数の 海洋物理環境場への影響 京都大学 → 金沢大学 京都大学 防災研究所 University of California, SD University of Washington 二宮 順一 森 信人 安田 誠宏 間瀬 肇 Luca R. Centurioni Eric A. D’Asaro

発表内容 • 研究背景・目的 • 研究手法 • 数値モデル・計算条件 • 現地観測 • 結果 • 台風への海面抵抗係数の影響 • 台風周りにおける海面抵抗係数の影響 • 現地観測結果との比較 • 結論

大気海洋間の運動量輸送 風 Smith (1992) ‐‐‐‐‐ CBLAST LOW (o) Large and Pond (1981) ‐‐‐‐ Powell et al. (2003) −·− Smith (1980) ‐‐‐‐‐ Donelan et al. (2004) −·− COARE 3.0 —─ Black et al. (2007) 運動量 フラックス ˆ  u* 2   ( w' u 'iˆ  w' v' ˆj ) C D10 N   /( U 102 N ) 海面の抵抗係数 → 運動量フラックス 抵抗係数 流れ 高風速下の観測が少ない

海面抵抗係数のモデル（バルク式） • 風速依存式 • Large and Pond (1981) • COARE (Coupled Ocean‐Atmosphere Experiment) • COARE 3.5: Edson et al. (2013) • 他多数 大気海洋波浪 結合モデル • 波浪依存式 大気 • Taylor and Yelland (2001) • 波形勾配 • Drennan et al. (2005) 海洋 波浪 • 波齢 • 鈴木ら (2010) • 風波の飽和度 様々なモデルが提案されているが， 大気海洋波浪結合モデルへの 応用例はほとんどない．

研究目的 • 大気海洋波浪結合モデルに既往研究で提案され ているバルク式を組み込み，その影響について検 討する． 大気海洋波浪 結合モデル 海洋 大気 波浪

数値モデル (COAWST: Coupled Ocean Atmosphere Wave Sediment Transport Modeling System) • 気象モデル • WRF (Weather Research and Forecasting Model) • 海洋モデル • ROMS (Regional Ocean Modeling System) • 波浪モデル • SWAN (Simulating Wave Nearshore)

適用する海面バルク式 １．Charnock (1955)：摩擦速度 大気側粗度 ∗ ２．Taylor and Yelland (2001)：波形勾配 Hs:波高，Lp:波長 ３．Drennan (2003)：波齢（波高） Cp:波速 ∗ WRF: max 𝑧 𝑧 𝛼 , 1.59 10 0.018

適用する海面バルク式 海洋側粗度 TKEフラックス w/o wave １．Charnock (Burchard, 2001) １．Craig and Banner (CB) (1994) w/ wave ２．z0 from wave height (Terray, 1996)：波高 ２．Feddersen and Trowbridge (2005)：砕波による散逸率

台風Fanapi (201011号) 計算条件 • 入力データ（初期・境界） • 陸上地形：GTOPO30 • 海底地形：GEBCO • 気象：NCEP FNL • 海洋：HYCOM（全球） • 潮汐：TPXO7.2 • 波浪：NOAA NWS WWIII（全球） • 計算条件 (計算期間：2010/9/16 18:00 – 9/20 0:00) 格子数 解像度 dt WRF 350x250x40 3km 15s ROMS 350x250x40 3km 10s SWAN 350x250x24方位 周波数34 (0.02–0.5Hz) 3km 120s 結合 600s

現地観測 (ITOP: Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific) • 大気 • 航空機 • Dropsonde • 海洋 • Moored Array • EM‐APEX • Typhoon Drifter • Lagrangian Float

計算ドメインと現地観測地点

台風への海面抵抗係数の影響 凡例 摩擦速度 (Charnock) 波形勾配 (Taylor and Yelland) 波齢 (Drennan) ○台風経路 ・Bulk式の影響は小さい． ・Best Trackと0.5度（約50km）のズレ ○中心気圧 ・TY式で最も発達し，他の2式に比 べて約5hPa低く推定 ○最大風速 ・Bulk式の影響は小さく，計算では やや過大評価

台風の中心から100km以内の風速 と海面抵抗係数の関係 凡例 摩擦速度 (Charnock) 波形勾配 (Taylor and Yelland) 波齢 (Drennan) ・全てのバルク式で風 速に対して増加傾向 ・高風速下では，波浪 依存式で海面抵抗係数 が大きい

台風の中心周りにおける熱フ ラックスの分布

現地観測結果との比較 風速の鉛直プロファイル 計算開始から3から6時間後 （No.20～32の例） 計算開始から1日後 （No.33～43の例） ○相関係数の平均値 ・計算開始直後：0.60 ・1日後： 0.81 ・風速の分布は計算 開始から1日経過後で 観測と良く合う． ・計算開始1日後の風 速について，Drennan を適用した場合が最 も相関係数が大きく， RMSEが小さい

現地観測結果との比較 水温分布 台風右側の経路に最も近い機器での結果 ○台風接近時 ・良好な水温再現 ○台風通過後 ・表層のゆっくりとした 水温低下 ・25℃位置の変化 観測では浅くなった後 回復するが，計算では あまり変化しない． ○バルク式の違い 影響は小さい プロット：観測結果，コンター：計算結果

現地観測結果との比較 水温分布 台風右側の経路に最も近い機器での結果 ○台風接近時 ・良好な水温再現 ○台風通過後 ・表層のゆっくりとした 水温低下 ・躍層位置の変化 観測では浅くなった後 回復するが，計算では あまり変化しない． ○バルク式の違い 影響は小さい プロット：観測結果，コンター：計算結果

結論 • 台風Fanapiを対象として海面バルク式として風依存， 波浪依存のバルク式を組み込んだ大気海洋波浪結合 モデルによる計算を実施した． • 台風への海面抵抗係数の影響 • 経路：影響は小さい • 中心気圧：Taylor and Yellandを用いた場合で5hPa低く推定 • 台風中心周りにおける海面抵抗係数の影響 • 熱フラックスの分布に大きな影響 • 観測結果との比較 • 風速：計算開始1日後以降で良く一致 • 水温：海洋側バルク式の影響は小さい