台⾵Haiyanの⾼解像度計算における海洋・波浪の感度

第67回海岸⼯学講演会 台⾵Haiyanの⾼解像度計算における 海洋・波浪の感度 ⾦沢⼤学理⼯研究域 ⼆宮順⼀ 京都⼤学防災研究所 ⽵⾒哲也 京都⼤学防災研究所 森 信⼈ 研究協⼒︓ /

台⾵と海⾯抵抗係数Cd (Jones, 2016) 熱源 ⾵ 流れ ○WRFでの処理 𝜅𝑢 𝑢∗ 𝑧 ln 𝜓 𝑧 0.0185𝑢∗ 0.11𝜈 𝑧 𝑢∗ 𝑔 𝜌 𝑢∗ 𝜅 𝐶 𝑧 ln 𝜓 𝑧 ○粗度と抵抗係数の関係 𝐶 𝑧 1 log 𝑧 𝜅

数値モデル，初期・境界値 • 初期・境界値 • WRF • NCEP FNL (Spectral nudging for upper air) • 1 deg., 6 hour • ROMS • SODA v3.4.2 • 1/4 deg., 5 day • SWAN • WW3 (NOAA Reanalysis) • 1/2 deg., 3 hour • Topography • GEBCO (Ocean:‐100 ~ ‐2000) • Initial TY Bogus COAWST(Coupled‐Ocean‐Atmosphere‐ Wave Sediment Transport)

HAIYAN計算の構成 • Period d02 • Nov. 5th, 2013 – Nov. 10th 5 days • Coupling Interval: 600 s d01 • Domain Model Resolution Horizontal Grids Vertical Grids Directions etc. Dt [s] WRF D01 3 km 1334x667 56 10 WRF D02 1 km 2002x703 56 10/3 ROMS 3 km 1334x667 40 10 SWAN 3 km 1334x667 Dir.: 24 Freq.: 24 (0.05‐0.5Hz) 300

計算条件 WRF • MP: WSM 6‐class graupel • LW: RRTM • SW: Dudhia • SFClay: Revised MM5 MO • SFC: thermal diffusion • PBL: YSU • CP: w/o • Urban: w/o • Nudging: spectral for d01 ROMS • σ‐coordinate 地形は⽔深2000mまで • GLS mixing (k‐ε) Coupling • Interval: 10 min.

研究⼿法 • Wind (Charnock): 𝑧 • Wave (Taylor‐Yelland): 𝑧 • Max: 𝑧 • 海⾯抵抗係数(Cd)実験 . <‐> 𝐶 min 𝑧 , 2.85 10 min 𝐶 , 2.4 10 • Wind w/ max: Charnock式，上限あり • Wave w/ max: Taylor‐Yelland式，上限あり • Wave w/o max : Taylor‐Yelland式，上限なし • 海洋混合層(MLD)実験 • MLD10 (Wave w/o) • MLD08 • MLD06 ※TCHP (TC Heat Potential) ⽔温26℃以上の熱量 ∗ . ∗ 1200𝐻 . . ∗

台⾵への影響 海⾯抵抗係数実験 灰⾊: 3s⾵速補正値 ○台⾵経路 ・Cdの影響はほとんどない． →Cdの効果は⼩さい or Spectral Nudgingの効果は⼤きい． ○中⼼気圧 ・上限ありでは11/6 0:00までJMA BTに 沿って発達するが，その後発達は抑制． ・上限なしではJTWC BTに沿って発達し， 11/6 18:00以降はさらに発達が促進． ・WindとWaveとは上限の有無に⽐べて⼩ さい影響にとどまった． ⾵速補正はHarper et al.(2010)を参考 JMA(10min)は1.23倍，JTWC(1min)は1.11倍

中⼼気圧と最⼤⾵速 灰⾊: 3s⾵速補正値 海⾯抵抗係数実験 ○最⼤⾵速 JMA BT: 10min⾵速，JTWC BT: 1min⾵速 WRF: 瞬間値 ・全ケースでBTを上回る⾵速 →統計量の違い WRFは海⾯粗度，境界層モデル にも依存 ○中⼼気圧と最⼤⾵速の関係 ・勾配はJTWC BT ＞ WRF ≧ JMA BT ・中⼼気圧が⼩さくなるとJTWC BTと WRFの関係が近くなる． ・BTは必ずしも正確ではない． Ito et al. 2018, SOLA 気圧低下量 ⾵速補正はHarper et al. (2010)を参考 JMA(10min)は1.23倍，JTWC(1min)は1.11倍

海⾯抵抗係数 海⾯抵抗係数実験 中⼼気圧925〜935hPa時のコンポジット 台⾵は左向きに進⾏ 1000hPa 1000hPa シェード︓海⾯抵抗係数 コンター︓海⾯更正気圧(10hPa毎) ベクトル︓⾵向 1000hPa 計算の上限値 𝐶 2.4 10 Windでは中⼼を除く， 990hPaより内側でほぼ上限 値に達している． Waveでは台⾵前⾯および左 側でWindに⽐べて⼩さく， 後⽅で⼤きい．中⼼でも抵 抗係数は⼤きい． Wave w/o maxでは中⼼付近 （特に約20km内）と後⽅で 上限値を上回る分布を⽰す． →中⼼の極近傍の抵抗係数変 化が台⾵強度に影響（︖）

研究⼿法 • Wind (Charnock): 𝑧 • Wave (Taylor‐Yelland): 𝑧 • Max: 𝑧 • 海⾯抵抗係数(Cd)実験 . <‐> 𝐶 min 𝑧 , 2.85 10 min 𝐶 , 2.4 10 • Wind w/ max: Charnock式，上限あり • Wave w/ max: Taylor‐Yelland式，上限あり • Wave w/o max : Taylor‐Yelland式，上限なし • 海洋混合層(MLD)実験 • MLD10 (Wave w/o) • MLD08 • MLD06 ※TCHP (TC Heat Potential) ⽔温26℃以上の熱量 ∗ . ∗ 1200𝐻 . . ∗

台⾵への影響 海洋混合層実験 TCHPで±20%差にも関 わらず，中⼼気圧には MLD10，08，06間で 5hPa，4hPaの差に留 まった． ⼀⽅で，最発達時には 875，877，878hPaとほ ぼ収束した． →台⾵移動速度が速 かったためcold wakeの 影響が⼩さかった︖

海洋混合層実験 表層⽔温の変化 中⼼から300km（破線），600km（点線） 台⾵経路上SSTの初期値からの偏差 台⾵前⽅600kmか ら⽔温低下の始ま り．（BTの強⾵半 径は300‐400 kmで 推移） 通過時点でケース 間に約0.1℃の差 台⾵通過時の⽔温低下量 発達期

経路上⽔温偏差の鉛直分布 海洋混合層実験 〇MLDを境界とし た2層の⽔温変動 ・MLDより上層で は台⾵通過直後か ら⽔温低下を⽰し， その後，ゆっくり と回復． ・MLDより下層で は台⾵通過直後に ⽔温が上昇し，通 過後12hで急低下 に転じる． 12h前

海洋混合層実験 MLD周辺の⽔温変動 2013/11/6 12:00‐11/7 12:00通過地点の平均 表層熱フラックス 低下 強混合 SSTは台⾵通過12h前 から12h後の24hで⼤ きく低下． その後，振動を伴っ た回復傾向． MLD+5mでは台⾵通 過直後にわずかに⽔ 温上昇を⽰し，12h 後から急激な⽔温低 下を⽰す． 極⼩，極⼤はMLDに よらず24hの位相差 を⽰した．

まとめ • ⾼解像度⼤気海洋波浪結合モデルを⽤いてHaiyanを 対象に海⾯抵抗係数，海洋混合層の実験を⾏った． • 海⾯抵抗係数実験 • 説明変数の違いに⽐べて，飽和条件の有無が台⾵の発達 に強く影響した． • 飽和条件なしでBest Trackに相当する急発達を再現した． • 飽和条件を超える抵抗係数は台⾵中⼼のごく近傍で⽣じ ていた． • 海洋混合層実験 • 移動速度の速い台⾵では，混合層厚の影響は⼩さかった． • 台⾵通過による⽔温変動は混合層内とその下部との2層 での特徴的な変動を⽰した． • 表層と混合層底部の⽔温変動には24時間の位相差が⾒られた．