Transcript メソアンサンブル予報と海外の動向

予報研究部コロキウム 2006.1.24
メソアンサンブル予報について
予報研究部第二研究室 斉藤和雄
1. メソアンサンブル予報と海外の動向
1.1 なぜメソアンサンブル予報か
1.2 海外予報センターの動向
2．WWRP北京オリンピック予報実証研究開発実験について
3．メソモデルによる全球アンサンブル予報のダウンスケール実験
3.1 平成16年新潟・福島豪雨のケース
3.2 平成１６年台風２２号のケース
3.3 まとめと今後
1.1 なぜメソアンサンブル予報か
・2001年３月、気象庁メソ数値予報(MSM; L40)を開始、
‥積乱雲群などメソbスケールの現象が数値予報の予報対象に
「防災気象情報の高度化の支援」を目的
2001年６月 ウィンドプロファイラデータ同化開始
2002年３月 メソ４次元変分法（inner20kmL40）導入
2002年８月 国内ACARSデータ利用開始
2003年６月 領域４次元変分法導入
2003年10月 衛星マイクロ波放射計(SSM/I, TMI)可降水量/降水強度同化開始
2004年３月 非静力学メソモデル試験運用開始
2004年７月 衛星(QuikSCAT)マイクロ波散乱計海上風同化開始
2004年９月 非静力学メソモデル本運用開始
2004年11月 衛星マイクロ波放射計(SMSR-E)可降水量/降水強度同化開始
2005年３月 ドップラー動径風同化開始
2006年３月 物理過程改良、5km５０層化、１日８回運用開始（予定）
気象庁メソ数値予報モデルの降水予測精度
（2001年3月～2005年12月）
スレットスコア 40km 5mm/6hr
4D-Var導入
NHM導入
メソ4D-Var導入によりスコア向上
スレットスコア10km 10mm/3hr
4D-Var導入
NHM導入
NHM導入により冬季のバイアスは改善
長期的には降水予測は前進
気象庁メソ数値予報モデルの降水予測精度
（2001年3月～2005年12月）
見逃し 10km 10mm/3hr
空振り 10km 10mm/3hr
見逃し率（10mm/3h 10kmメッシュ）
4D-Var導入
予報の約７割が空振り
NHM導入
4D-Var導入
実況の約６割を見逃し
場所と時間を特定した強雨の事前予測はまだ出来ていない
NHM導入
200512
200509
200506
200503
2005年
（0.66）
200412
200409
200406
200403
2004年
（0.58）
200312
200309
200303
2003年
（0.58）
200212
2002年
（0.65）
200209
200512
200509
200506
200503
200412
200409
200406
200403
200312
200309
200306
0.1
0
200303
0.1
0
200212
0.3
0.2
200209
0.3
0.2
200206
0.6
0.5
0.4
200203
0.6
0.5
0.4
200112
0.8
0.7
200109
0.8
0.7
200106
1
0.9
200103
1
0.9
2001年
（0.72)
200206
1.2
1.1
2005年
（0.74）
200203
2004年
（0.68）
200112
2003年
（0.76）
200109
2002年
（0.79）
200106
2001年
（0.83)
200103
1.2
1.1
200306
空振り率（10mm/3h 10kmメッシュ）
・（メソ）数値予報の精度を決める要素
1) モデル（精度、解像度、領域）
2) 初期値 （短期予報では最も重要）
‥観測データの利用と同化手法の高度化
3) 境界条件にも依存
・雲解像モデルの進歩 （幻想？）
→対流系の微細構造などモデルの再現能力は向上する
→メカニズム研究の進展
↔豪雨を正しく再現出来ないケースも多い
高解像度化による再現能力向上はスコアには必ずしも反映しない
Pre-experimental Daily Forecast
on PC Cluster for Aviation
KANTO AREA
H：Haneda N：Narita
PC Cluster for Aviation
7 CPUs of Itanium2(900MHz)
数値予報課 中山さん
の調査
 Sep 2004 Horizontal Resolution 2km
 Number of grid points 151x151
 Number of vertical layers 60
 Time Step 12 sec
 Forecast Length 12 hour
 2 Times a Day (09,21UTC)
 Cloud Microphysics with the 3 ice
phase
 No Cumulus Parameterization
 Nested within
the forecasts of 5km-NHM.
 Computational time 6 hour
4
RA
2-km NHM
FT=4
FT=5
FT=6
FT=7
FT=8
FT=9
5-km NHM
2004年12月５日
Standard Verification of Precipitation
Threat Score
Bias Score
Warm Period : Sep 2004 and Apr to Aug in 2005
検証格子 20km
Threat Score
Bias Score
Cold Period : Oct 2004 to Mar 2005
5
・メソ現象の決定論的予測可能性の限界
１）個々の対流雲など
‥現象の時間スケールの短さによる本質的な予測可能性の無さ
２）強制の弱い場でのメソ対流系による降水
‥予報結果が初期値の僅かな違いに敏感
→初期値決定精度（～測器の精度）の限界による実用的な予測可能
性の低さ
モデル予測が、空振り、見逃しが避けられない中で、
予報現場でどう防災情報を出すのか
航空予報技術検討会 2005/11/24-25 より
新しい航空気象予報業務系列における予報作業に
ついて
＜説明内容＞
・航空予報担当官署の予報作業等の計画・枠組み
・平成18年度以降の支援情報
・地域航空官署を主体とする作業の流れと連携方法
・当面実施予定の支援内容
航空予報室空域予報班
加藤 敏彦
全国航空予報中枢
（航空予報室空域予報班）
ＡＴＭｅｔＣ
地域航空予報中枢
（地域航空官署）
中央指示報
地方指示報
新千歳・仙台・東京・関西・福岡・那覇
主要航空官署
（国際・FSC対応航空官署）
解説航空官署（予報対象空港官署、カテゴリー予報空港官署）
各航空官署の連絡系統イメージ図
指示
連携
本庁・地域航空官署から提供する支援情報
連絡報
• 「指示報」の性格を持つ
• 予報の要点について、認
識・判断の共有を図ること
を目的
解説報
• 実況・予報に関する具体
的な解説
• 悪天現象や量的見込みに
対する留意点を明記
• 部外ユーザーへの解説を
主な目的
全国空域解説報
中央航空連絡報
地域航空連絡報
全国飛行場解説報
地域飛行場解説報
飛行場解説報（予報官コメント）
全国航空予報中枢からの支援情報 ①中央航空連絡報
（目的）
• 空域・飛行場予報に関する全国指示
• 地域航空官署の地域航空予報支援を念頭にした連絡／指示を行う。
（内容）
• 総観スケールでの国内・洋上空域の状況と今後12時間程度先までの見通し
• 国内スケールでの24時間程度（直近のTAF-L対象時間）先までの飛行場予報の
要点
• サイドストーリー構築のための留意点を連絡／指示
• ソラレンラクを発展させたものとしての位置づけ
• 現業に関する運用連絡・指示についても、必要に応じて臨時に発表する。
（配信時刻）
• 1日３回（TAF-L発表前の時刻、おおよそ19UTC、01UTC、06UTC）
（配信先）
•
全航空官署
（配信方法）
• 電文配信（データ種類コード：ソラレンラク）
地域航空官署からの支援情報
① 地域航空連絡報
（目的）
• 担当地域内に影響する悪天現象に関する要点を示す
• 各解説航空官署と予報担当者の協議に用いる。
（内容）
• 担当地域内の24時間程度先までの飛行場予報に影響する悪天現象の要点
• 想定されるサイドストーリーのための留意点を示す
• 地域航空官署の班長が作成
（配信時刻）
• 1日３回（TAF-L発表前の時刻、おおよそ早朝20UTC、午前中02UTC、夕方
07UTC）
（配信先）
•
管内の解説航空官署・主要航空官署、ATMetC、本庁（空域予報班）
（配信方法）
• メール報
地域航空官署からの支援情報 ③飛行場解説報（予報官コメント）
（目的）
• TAF対象解説航空官署で、場内ユーザーに解説する際の支援資料に用いる
（内容）
• 各空港の悪天現象の状況等と今後の見通し
• 発表された飛行場予報、情報・警報の要点や根拠
• 今後の留意点や気象状況の変化についてのサイドストーリー等を簡潔に解説
• 必要に応じて、その他の要素の量的見込みについて解説（例えば、降雪量や
最低気温の見込み等）
• 対象解説航空官署と連絡を取りつつ、対象地方指示報、府県指示報を参考
• 地域航空官署の各空港担当者が作成
（配信時刻）
• TAF発表後、および警報発表後を想定
（配信先）
•
管内解説航空官署、場内航空ユーザー
（配信方法）
• メール報、 Metair・FAX等（場内航空ユーザー）
※その他の官署への周知は掲示板利用の可能性あり
（前回）予報の発表
遠隔飛行場予
報作業手順１
(地域航空
予報中枢)
【引継ぎと予報の確認】
中央指示報の確認
・ 中央航空連絡報の確認
担当地域の気象の概観把握
地域航空連絡報作成のための管内担当との調整
前回までの予報の検証（実況・予想・GDCのずれの確認）
ＲＳＭ地点時系列・ＧＤＣの確認と各予報要素への翻訳の確認
目先の注意点の確認
最悪の気象を想定した情報・警報の案文作成と発表手順の確認
【実況の監視】
リアルタイムデータ（６秒値）・監視カメラ（ＩＴＶ）・メターシーケンス
気象衛星画像・レーダー・アメダス・降短等の監視
担当域を対象とした局地天気図の解析と関連する予報要素の監視
なし
顕著現象の予兆
あり
想定した警報・情報案文の修正
予報のずれを加味した時系列修正の可能性の判断と修正の準備
あり
遠隔飛行場予
報作業手順２
(地域航空予
報中枢)
想定した警報・情報案文の修正
予報のずれを加味した時系列修正の可能性の判断と修正の準備
顕著現象の発生
なし
あり
【顕著現象の発生】
現象の継続時間・量的予想と警報・情報の発表
現地官署との調整（夜間は省略）
現地の上級官署との調整（警報のみ）
警報・情報発信
必要に応じて印刷出力/FAX送信/保管
送達確認（警報のみ）
必要に応じて現地で手交・確認
時系列の修正と予報修正報（AMD）の発表
【予報の発表】
新たな数値予報資料の検討
新たなＧＤＣの読み込みと現予報への置き換えの判断
ＲＳＭ時系列等を参考にした個別空港毎の新たな時系列予報の作成
実況の推移や予測とのずれを加味した主に目先部分の修正
TAFコードへの自動変換
（次回）予報の発表
・モデル予測に、空振り、見逃しが避けられない中で、
予報現場でどう防災情報を出すのか
顕著現象がモデルで予報された時、その予報がどの程度信頼できるかは深刻な問題
大気の状態が不安定な総観場においては、モデルに強い降水が予測されていない時で
も、最悪の場合どの程度の現象が生じうるかを想定しておくことは防災情報を適切に出
す上で大変重要（サイドストーリーの構築）
モデル信頼度や誤差の幅について、客観的な判断の材料は、殆ど提供されていない
→どの程度までを想定の範囲内におくかは、予報官の経験や勘にゆだねられている
モデル信頼度や誤差の定量化が必要
予測可能性が低い一週間以上の予報ではアンサンブル予報が一般的
→メソ数値予報へのアンサンブル手法の適用
・モデル（解像度、精度）、初期値、アンサンブルに計算資源をどう割り当てるか
1.2 海外予報センターの動向
1.2.1 主要予報センターでの現業メソ数値予報システム (as of October 2005)
Forecast Centre
(Country)
Deterministic
EPS
Data
Assimilation
Met Office
(UK)
12kmL38 NAE,
4kmL38 UK (trial)
24km NAE
3D-Var
Météo France
(France)
Aladin 9.5km
---
3D-Var
DWD
(Germany)
LME, 7 kmL40
---
Nudging
HMC
(Russia)
Var. res. (30-70 km) L28
LM, 10 km
---
3D –OI
NCEP
(USA)
Eta 10 km L60
22 km
M21
3D-Var
Navy/NRL
(USA)
COAMPS 6 km
---
3D-OI
CMC
(Canada)
VR 15 km L58
---
3D-Var
CPTEC/INPE
(Brazil)
Eta 20km L38
---
3D-Var
JMA
(Japan)
TYM* 24 km L25
RSM 20km L40 EA
MSM10km L40 Japan
---
--4D-Var
CMA
(China)
HLAFS-25km L23
---
3D-OI
KMA
(Korea)
RDAPS 30km L33
10km & 5km L33
---
3D-OI
NCMRWF
(India)
MM5 30km L23
Eta 48km L38
---
3D-Var
BMRC
(Australia)
0.1 deg L51
0.5 deg
L29; M24
3D-Var
UKMO
Limited area models
Horizontal
Resolution
Horizontal Grid
Vertical
Levels
NAE (EPS)
24km
360 x 216
38
NAE
12km
720 x 432
38
UK-Mes
12km
146 x 182
38
UK (trial)
4km
288 x 320
38
Aladin/France variational system
• Ensemble-derived B matrix statistics
• Continuous assimilation cycle, 6 hour frequency, long cut-off
assimilation cycle and short cut-off production, coupled with
Arpège, Analysis=Model gridmesh=9.5km
• Incremental 3D-VAR, using 80-90 % of the common Arpège/IFS
code
• Observations in operations (Aladin-only):
•
•
•
•
•
•
•
Surface pressure, SHIP winds, synop T2m and RH2m
Aircraft data
SATOB motion winds
Drifting buoys
Soundings (TEMP, PILOT)
Satellite radiances: AMSU-A, AMSU-B, HIRS, Meteosat-8 SEVIRI
No QuikSCAT
• Digital filter initialisation
• Arpège surface analysis (no Aladin surface assimilation)
Global model GME
Local model LME
Grid spacing: 40 km
Grid spacing: 7 km
Number of layers: 40
Number of layers: 40
Forecast range:
Forecast range: 78 h
174 h from 00 and 12 UTC
from 00, 12 and 18 UTC
48 h from 18 UTC
Grid cell area: 1384 km2
Grid cell area: 49 km2
Model domain of LME
North American Mesoscale NCEP
• Final Eta / EDAS Upgrade
– 3D-Var Analysis
• Begin use of Level II.5 radial winds – superobs
generated onsite
• 2D-Var for overland sfc temp obs using anisotropic
covariance
– Precip Assimilation
• simplification / streamlining makes for a more robust
system
• obs precip applied directly to Land-surface physics
old
– NOAH LSM upgrades + more land/veg classes
• Reduce summer daytime warm/dry bias+drying trend in
PW
• Reduce winter cold bias at night and over snow
– Improved Cloud + Radiation physics
• Radiation scheme sees thicker clouds
• More partial cloudiness in cloud fraction field
– Improved (visibility) & increased NAM outputs
new veg
MS Canada GEM15: variable grid




575 X 641 points
432 X 565 (66%) in
uniform region
0.1375° resolution in
uniform region
Resolution limited to
a minimum of 3° in
variable portion of
grid
LAM-2.5km, MSC
560 X 494
24 h forecast from 12UTC
Initial & boundary conditions at every hour from GEM15 00UTC
Operational Limited Area Models JMA
• Mesoscale model(MSM)
• Nonhydrostatic
• 10 kmL40 18 hour
• Updates: 4 times a day
• Regional model (RSM)
• Hydrostatic
• 20 kmL40 51 hour
• Updates: 2 times a day
• Typhoon model (TYM)
• Hydrostatic
• 24 kmL25 84 hour
• Updates: 4 times a day
Operational models at BoM
• The global assimilation and prediction system (GASP),
TL239L29
• The limited area prediction system (LAPS),
0.375o x 0.375o x L29
• TLAPS, 0.375o x 0.375o x L29
• MesoLAPS, 0.125o x 0.125o x L29
• TCLAPS, 0.15o x 0.15o x L29
• AAQFS, 0.05o x 0.05o x L29
• Predictive Ocean Atmosphere Model for Australia
(POAMA), T47L17
1.2.2 主要予報センターでのメソ/領域アンサンブル予報への取り組み/計画
Forecast Centre
(Country)
2005
Met Office
(UK)
12km NAE,
4km UK
6km NAE
2km UK
24km NAE
15km NAE
Météo France
(France)
DWD
(Germany)
NCEP
(USA)
CMC
(Canada)
CMA
(China)
KMA
(Korea)
2006
2007
2008
2009
2010
3D-Var
4D-Var for NAE
3D-Var for UK
Aladin 10km
Alaro 10km
Alaro 10km
Arome 2.5km
Arome 2.5km
Arome 2.5km
No EPS
No EPS
Alaro 10km
Alaro 10km
Alaro 10km
Alaro 10km
3D-Var
3D-Var
3D-Var
3D-Var
3D-Var
4D-Var/KF
LME, 7 km
LMK, 2.8 km
LMK, 2.8 km
LMK, 2.8 km
No EPS
No EPS
2.8 km M15
2.8 km M30
Nudging
Nudging
Nudging/Ens.
?
10 km L60
8 km L70
6.5 km L85
5 km L100
32 km M20
15 km M20
12 km M25
10 km M25
3D-Var
3D-Var
3 or 4D-Var
4D-Var
VR 15 km L58
MultiLAM2.5km
LAM 10 km
No EPS
No EPS
EPS 24 km
3DV FGAT
3DV
LAM 4DV
HLAFS-25L23
GRAPES-15L31
GRAPES15L40
GRAPES-10L40
GRAPES10L40
GRAPES-4L50
Meso-ES-M15
Meso-ES-M15
Meso-ES-M20
Meso-ES-M30
4DVAR/EnKF
4DVAR/EnKF
OI
3DVAR-15L31
3DVAR-15L40
4DVAR/EnKF
RDAPS/30km
KWRF/10km
KWRF/5km
KWRF/1km
No
Multi model
Multi model
Multi model
3dOI
3dVar
3dVar
3dVar
Short Range Ensemble Forecasting (NCEP)
マルチモデルアンサンブル 2001年４月から
• 摂動を８７時間予報
•
•
RSM（NCEP領域スペクトルモデル）： 40km28層、５メンバー
Etaモデル： 32km60層、10メンバー
•
•
初期値摂動BGM法
異なる境界条件を週間アンサンブル予報から与えるとともに、積雲対流ス
キームとしてRSMには二種類のArakawa- Schubertを、Etaモデルには
Betts-Miller-JanjicとKain-Fritschスキームを用いる
• WRF-NMM (40km50層) 、３メンバー
• WRF-ARW (45km35層) 、各3メンバー
を２００５年12月に追加
WRF Core
Physics
Suite
Breeding
Initial /Lateral
Boundaries
Land States
NMM V2
40L50
EMC
Ctl, n5, p5
GFS ½º PGRB
MREF pair 5
Truncate
from NDAS12 km
ARW V2
45L35
NCAR
Ctl, n1, p1
GFS ½º PGRB
MREF pair 1
Truncate
from NDAS
MOGREPS (MetOffice Global and Regional Ensemble
Prediction System) (UKMO)
・北大西洋・ヨーロッパ域を対象に領域アンサンブルを試験運用
・24km、24メンバー、36時間先まで
・境界条件用に90km分解能全球アンサンブル予報 を72時間先まで運用
・アンサンブル変換カルマンフィルター (ETKF)で観測誤差を用いて摂動
の大きさを調整
・積雲対流スキームの不確定パラメータなどを変更する物理過程摂動
LAPS Ensemble System (BMRC)
・0.5度29層、24メンバー、72時間先まで
・境界条件全球アンサンブル予報
・12 sets of perturbed observations, 2 combinations of physics,
stochastic physics
・Perturbations of TC bogus
COSMO-LEPS (イタリア他）
• ECMWFの週間アンサンブル予報をコミュニティメソモデルCOSMO
（LMのコミュニティモデル版）でダウンスケールするを2001年から運用
している。週間アンサンブル予報からクラスタ解析によって代表的な5
メンバーを選び出して5日予報を行い、代表メンバーのクラスタに応じ
た重みを付けた確率予報
SREPS (スペイン、INM）
• DWD, UKMO, ECMWF, NCEPの４つの全球モデルの解析と予報を
初期・境界条件としてドイツ気象局(DWD), UKMO, ヨーロッパ, NCAR
の４つメソモデル（LM、UM、HIRLAM、MM5)でダウンスケール
• 72時間予報を６時間おきに行って、直近３回の予測を含むLAF法によ
り、64メンバーのスーパーアンサンブル予報を行う。
SREPS: Short Range EPS
• Multi-model, multi-analyses regional EPS
GME
(DWD)
HRM
(DWD)
UM
(UKMO)
HiRLAM
UM
(UKMO)
MM5
(NCAR)
HRM
(DWD)
IFS
(ECMWF)
HRM
(DWD)
UM
(UKMO)
HiRLAM
UM
(UKMO)
HiRLAM
MM5
(NCAR)
GFS
(NCEP)
MM5
(NCAR)
HRM
(DWD)
UM
(UKMO)
HiRLAM
MM5
(NCAR)