[Japanese]
修士論文要旨(倉谷 歩乃可)
鉛直シア下で急発達する台風の構造変化
倉谷 歩乃可
鉛直シアは、上層の環境風から下層の環境風を差し引いて求められるベクトル量と定義され、台風の発達を妨げる要因として知られている。鉛直シアが大きい環境では、台風の渦が傾き非軸対称的な構造が生じることで発達が抑制される。台風の強度が急激に増加する”急発達”という過程では、軸対称性が増すことで台風が強化されることが知られており、急発達過程において軸対称化は重要なプロセスである。しかし、鉛直シアが中程度の環境下で急発達する台風において、軸対称化のプロセスやそれに伴う構造変化とメカニズムについて未解明な点が多い。本研究では、中程度の鉛直シア環境下で急発達する台風を対象とし、急発達を可能とした構造変化とそのメカニズムについて明らかにすることを目的とする。特に鉛直シアの方向を基準として相対的に決まる 4 象限(DSL：ダウンシア側左象限、DSR：ダウンシア側右象限、USL：アップシア側左象限、USR：アップシア側右象限)に区分し、構造の変化を詳細に解析した。
本研究では、雲解像モデル CReSS を使用し、台風 VONGFONG(2014)をシミュレーションし、台風経路、強度、急発達現象を再現することに成功した。解析の結果、計算初期には顕著な非軸対称構造が確認されたが、急発達が開始し台風が強くなるにつれ軸対称性が強化された。また、深い対流を示す対流バーストの分布を解析すると、計算初期には DSL で活発に発生していた対流バーストが、USL で発生するようになり、時間とともに順に USR、DSR へと対流の分布が移動することが確認できた。最終的には全象限で対流バーストが発生し、対流バーストの分布が軸対称になる構造が形成された。このことから、DSL から USL への対流バーストの発生位置の広がりが軸対称化の開始のきっかけとなったと考えられる。
対流バーストの伝播の初期段階では、DSL 下層において強い収束と大量の角運動量の流入が確認され、下層からの深い対流が促進される構造であった。一方、USL では、中層での収束と角運動量の流入、および上層での強い発散がシミュレーション結果に観測された。これにより、DSL 下層で発生した対流がUSL 中層から上層へと広がることで、DSL から USL への対流の伝播が起こったと考えられる。この DSL から USL への対流の伝播が軸対称化を促進し、急発達を引き起こした重要なプロセスであると考えられる。
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[English]
Structure Change of Typhoon during Rapid Intensification under Sheared Environment
Honoka Kuratani
Vertical wind shear, defined as the vector difference between the upper- and lower-level environmental winds, is known to inhibit tropical cyclone development. In environments with strong vertical shear, the cyclone vortex tilts, producing a non-axisymmetric structure that suppresses intensification. During “rapid intensification,” in which cyclone intensifies markedly, enhanced axisymmetry strengthens the cyclone, making the axisymmetrization process crucial. However, for cyclones that rapidly intensify under moderate vertical shear, the specific axisymmetrization processes and their associated structural changes and mechanisms remain poorly understood. This study therefore aims to elucidate the structural evolution and mechanisms that enable rapid intensification in such moderate-shear environments. In particular, we divided the cyclone region with respect to the cyclone center into four quadrants (DSL: Downshear-Left, DSR: Downshear-Right, USL: Upshear-Left, USR: Upshear-Right) based on the shear vector and analyzed their respective structural changes in detail.
Using the cloud-resolving model CReSS, we successfully simulated Typhoon VONGFONG (2014), reproducing its track, intensity, and rapid intensification. Our analysis showed that, although the simulated typhoon initially exhibited a markedly nonaxisymmetric structure, it became more axisymmetric as rapid intensification began and the storm strengthened. Examination of deep convection (convective bursts) revealed that bursts were initially most active in the DSL quadrant, then started occurring in the USL quadrant, and subsequently shifted in sequence to USR and DSR. Eventually, convective bursts appeared in all quadrants and formed an overall axisymmetric pattern. These findings suggest that the expansion of convective burst activity from DSL to USL triggered the onset of axisymmetrization.
During the early phase of convective-burst propagation, strong convergence and a substantial influx of angular momentum were observed in the lower levels of the DSL quadrant, favoring deep convection from below. Meanwhile, in the USL quadrant, midlevel convergence and angular momentum flux, together with pronounced upper-level divergence, were evident in the simulation. Consequently, convection generated in DSL’s lower levels spread upward through USL’s midlevels to the upper levels, causing convective bursts to migrate from DSL to USL. This DSL-to-USL propagation of convective bursts proved to be a critical factor in enhancing axisymmetrization and eventually driving the typhoon’s rapid intensification.
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