Development of typhoon ensemble forecasting system based on the source inverse problem of potential vorticity

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本研究課題では，台風初期値化手法として渦位逆変換とデータ同化を組み合わせた「台風渦位ソース同定」を開発して，独自の高解像度台風モデルをベースとする「高解像度台風アンサンブル予報モデル」を構築し，台風に伴う高潮や大雨の予報のばらつきを考慮できる「高解像度台風外力アンサンブル予報システム」を完成させることを目的としている．2次元渦度輸送方程式をベースとする台風渦度ソース同定法と特異ベクトル法によるアンサンブル予報の技術をベースとして，3次元渦位の輸送方程式に関する特異ベクトル法の定式化を検討した．具体的には，渦位輸送方程式，熱力学方程式，連続の式，Ertel渦位式，バランス風近似式，静力学平衡式の連立方程式系を線形化することで3次元の渦位の摂動を評価できることを明らかにした．また，2次元渦度輸送方程式をベースとする特異ベクトル法を用いることで台風アンサンブル予報に最適な摂動の加え方を検討した．「台風を取り除かない場」と「台風を取り除いた場」のそれぞれに特異ベクトル法を適用することにより，前者は短時間予報のばらつきが，後者は短期予報のばらつきが効果的に増幅する結果となり，台風進路予報のリードタイムに応じた最適なアンサンブルメンバーを構築できる可能性を明らかにした．また，変分法に基づくデータ同化法を，2022年台風14号を対象として適用し，台風中心遠方の気圧観測データを同化することにより，台風の初期値化に不可欠となる台風内部の最大風速半径Rmと構造パラメータBを精度良く推定できることを明らかにした．数少ない既存の観測データから台風の構造推定に必要な情報を抽出し，高精度な3次元の台風渦位の初期値化が実現できる可能性を明らかにした．