[論文レビュー] Microburst nowcasting applications of GOES

Kenneth L. Pryor|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2011

Meteorological Phenomena and Simulations参考文献 26被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、GOESに依存するダウンバースト予報プロダクト、特にマイクロバースト風速ポテンシャルインデックス（MWPI）および二波長輝度温度差（BTD）プロダクトの有効性を評価し、ダウンバーストの強度を予測する能力を示している。上昇気流の強さ（高CAPEを示す）が、強力な上昇気流に伴い下降気流の激しさとマイクロバーストの可能性が高まることを裏付けるために、突出対流頂（OT）の最小温度とMWPI値の統計的に有意な負の相関関係が示された。

ABSTRACT

Recent testing and validation have found that the Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) microburst products are effective in the assessment and short-term forecasting of downburst potential and associated wind gust magnitude. Two products, the GOES sounder Microburst Windspeed Potential Index (MWPI) and a new bi-spectral GOES imager brightness temperature difference (BTD) product have demonstrated capability in downburst potential assessment. In addition, a comparison study between the GOES-R Convective Overshooting Top (OT) Detection and MWPI algorithms has been completed for cases that occurred during the 2007 to 2009 convective seasons over the southern Great Plains. Favorable results of the comparison study include a statistically significant negative correlation between the OT minimum temperature and MWPI values and associated measured downburst wind gust magnitude. The negative functional relationship between the OT parameters and wind gust speed highlights the importance of updraft strength, realized by large CAPE, in the generation of heavy precipitation and subsequent intense convective downdraft generation. This paper provides an updated assessment of the GOES MWPI and GOES BTD algorithms, presents case studies demonstrating effective operational use of the microburst products, and presents results of a cross comparison study of the GOES-R overshooting top (OT) detection algorithm over the United States Great Plains region.

研究の動機と目的

• GOESに由来するマイクロバースト予報プロダクトの運用的有効性を、ダウンバーストの可能性と風速突風の強度を予測する観点から評価すること。
• GOESサウンダーによるマイクロバースト風速ポテンシャルインデックス（MWPI）および新しい二波長GOESイメージャ輝度温度差（BTD）プロダクトの性能を評価すること。
• 2007年から2009年の間、南部プレーンズ地域においてGOES-R対流突出対流頂（OT）検出アルゴリズムとMWPIアルゴリズムを比較すること。
• 上昇気流の強さ（CAPEを介して）とその後の下降気流の強度との関係を確立すること。
• これらの人工衛星ベースのマイクロバースト検出ツールのリアルタイム運用上の利便性を示す事例研究を提供すること。

提案手法

• 大気不安定性および湿潞性プロファイルに基づいて下降気流風速のポテンシャルを推定するマイクロバースト風速ポテンシャルインデックス（MWPI）を、GOESサウンダーを用いて計算する。
• 二波長GOESイメージャ輝度温度差（BTD）プロダクトを適用し、強い上昇気流を示す突出対流頂の特徴を検出する。
• 2007年から2009年の南部プレーンズ地域における積乱雲発生時データを用いて、GOES-R OT検出アルゴリズムとMWPIアルゴリズムを比較する。
• OT最小温度とMWPI値、および観測されたダウンバースト風速突風との間の統計的関係を分析する。
• リアルタイムのマイクロバースト予報におけるMWPIおよびBTDプロダクトの運用的利便性を検証するため、事例研究を実施する。
• OT検出とMWPIアルゴリズムの整合性および補完的関係を評価するためのクロス比較フレームワークを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GOESサウンダーによるMWPIおよび二波長BTDプロダクトは、マイクロバーストの可能性を評価する上でどの程度有効であるか？
• RQ2 GOES-Rの突出対流頂（OT）最小温度と観測されたマイクロバースト風速突風との統計的関係は何か？
• RQ3 OT検出アルゴリズムは、強い下降気流を示すシステムを同定する観点で、MWPIとどの程度相関しているか？
• RQ4 これらの人工衛星ベースのプロダクトは、南部プレーンズ地域におけるマイクロバーストの運用的リアルタイム予報でどの程度の性能を示すか？
• RQ5 上昇気流の強さ（高CAPEによって示される）は、激しい積乱下降気流およびマイクロバーストの生成に果たす役割は何か？

主な発見

• GOESサウンダーによるMWPIおよび二波長BTDプロダクトは、ダウンバーストの可能性と強度を評価する上で優れた能力を示した。
• 突出対流頂（OT）の最小温度とMWPI値の間には統計的に有意な負の相関関係が確認され、上昇気流が強いほどマイクロバースト風速突風が高くなる傾向があることが示された。
• OT温度と風速突風速度の負の関数的関係は、上昇気流の強さと高CAKEが、激しい下降気流を生成する上で極めて重要であることを強調している。
• 比較研究により、OT検出とMWPIアルゴリズムは補完的であることが確認され、OT最小温度は上昇気流強度の信頼できる代理指標であることが示された。
• 事例研究により、これらのプロダクトがリアルタイムのマイクロバースト予報において運用上の利便性を有することが検証された。特に、高インパクトの積乱環境において顕著であった。
• 結果は、MWPIおよびOT検出を運用上の激しい天候警報システムに統合することで、予報のリードタイムと正確性が向上することを支持している。