令和2年7月熊本豪雨をもたらした水蒸気の起源と履歴を解明～降水の同位体比から紐解く「線状降水帯」の新しい描像～
【ポイント】
- 令和２年７月豪雨（以下「熊本豪雨」）では、線状降水帯の発生と長時間の持続が甚大な災害をもたらしました。しかし、線状降水帯の発生?維持のメカニズムは、依然として十分に解明されていません。そのメカニズムを紐解くには、従来とは全く異なる観点でのアプローチが求められます。
- 本研究では、水の同位体分別の過程を組み込んだ同位体領域気象モデル（IsoRSM）による数値シミュレーションから、線状降水帯で凝結する多量の水蒸気の流入過程とその履歴を明らかにすることで、線状降水帯の新しい描像を得ることに成功しました。
- 水蒸気の動態を特徴づける同位体分別の情報から、線状降水帯の上流側（大陸上）の水循環過程の予測精度がないと、線状降水帯の降水量予測の精度向上も困難であることが示唆されます。また、本研究の手法は、予測精度の検証への活用も期待されます。
【概要説明】
梅雨期の九州地方では、線状降水帯の発生と持続によって甚大な豪雨災害が生じています。ところが、線状降水帯予測の現状は不十分であり、その理由として線状降水帯自体の発生?維持のメカニズムが依然として解明されていないことにあります。本研究で、九州大学大学院理学研究院の李肖陽助教、川村隆一教授、熊本大学大学院先端科学研究部の一柳錦平准教授、東京大学生産技術研究所の芳村圭教授の研究グループは、水の同位体分別の過程を組み込んだ同位体領域気象モデル（IsoRSM）１）を用いた高解像度数値シミュレーションによって、熊本豪雨の要因となった線状降水帯の再現実験を行い、同位体分別の情報から線状降水帯形成の新しい描像を得ることに成功しました。
熊本豪雨の線状降水帯は主に、湿潤アジアモンスーン地域から長距離にわたって輸送され自由大気経由で流入した水蒸気（アジアモンスーン起源）と太平洋高気圧の西縁に沿って大気境界層経由で流入した水蒸気（太平洋高気圧起源）の凝結によって形成?維持されていることがわかりました。前者は全体の凝結量の57%、後者は32%を占め、この熊本豪雨をもたらした線状降水帯の構成要素の89%を説明することができます。また線状降水帯の北側を構成するアジアモンスーン起源の水素同位体比は低くd-excess2）は高い一方、南側を構成する太平洋高気圧起源の水素同位体比は高くd-excessは低いという非対称構造が明らかになりました。対照的な同位体情報から線状降水帯の特異な水蒸気の履歴（history）が判明しました。これらの知見は豪雨被害を軽減するための線状降水帯の降水量予測の精度向上に資することが期待されます。特に大陸上の複雑な水循環過程がアジアモンスーン起源の水蒸気の流入量と流入高度を左右するため、その過程を詳しく調べていく必要があります。
本研究成果は、2023年3月1日(水)に国際学術誌「Atmospheric Research」にオンライン掲載（早期公開）されました。また本研究はJSPS科研費補助金（JP19H05696, JP20H00289）の助成を受けました。
?【今後の展開】
? 熊本豪雨の線状降水帯を形成?維持している水蒸気の流入経路、流入高度、流入量、凝結量が同定され、水蒸気の履歴情報も得ることができました。本研究の結果から、線状降水帯の予測に関して様々な有用な情報が得られています。太平洋高気圧起源の水蒸気は、大気境界層経由で流入してくるため、境界層内の水蒸気量の正確な見積もりが特に重要です。一方、アジアモンスーン起源の水蒸気は輸送過程において降水活動に伴うrainoutとbelow-cloud evaporationを繰り返して900-800hPa付近から流入してくるため、線状降水帯の上流側に位置する大陸上の水循環過程の正確な把握が必要になってきます。複雑な水循環過程が九州地方への水蒸気の流入量や流入高度に大きく影響するからです。
また、以上の知見は線状降水帯の予測精度の検証への活用も期待されます。たとえば、線状降水帯の予測に位置ずれが生じたり、降水量を過小評価したりした場合、各水蒸気起源の流入経路、流入高度、流入量、凝結量をそれぞれ検証することで、精度を悪くしている要因を特定できる可能性があります。もし、上流側の水蒸気量の観測データを同化したことで精度が向上したのであれば、上述の検証から、その物理的要因を探ることができます。そのような検証は、数値予報モデルの改善にも繋がっていきます。今回は九州地方で甚大な被害を与えた典型的な豪雨事例に着目しましたが、豪雨をもたらす線状降水帯の特徴には著しい多様性があります。本研究の手法を活用して、線状降水帯の普遍的な理解をさらに進めていきたいと考えています。
【用語解説】
注1) 同位体領域気象モデル（IsoRSM）
領域気象モデル（RSM）において水物質について計算する各物理プロセスに同位体過程が組み込まれた数値モデルです。凝結や蒸発時の同位体分別（平衡分別と動的分別）などが考慮されています。
注2) d-excess
水素同位体比と酸素同位体比から求められる指標で、主に水が蒸発した時の環境を反映しているため、降水の元になっている水蒸気の起源を診断するトレーサーとして利用されています。
【論文情報】
掲載誌：Atmospheric Research
タイトル： Moisture sources and isotopic composition of a record-breaking heavy Meiyu-Baiu rainfall in southwestern Japan in early July 2020
著者名：Xiaoyang Li, Ryuichi Kawamura, Kimpei Ichiyanagi, Kei Yoshimura
DOI：10.1016/j.atmosres.2023.106693
【詳細】 プレスリリース（PDF1548KB）
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