[論文レビュー] Super Cyclone Amphan: A Dynamical Case Study

Sridhar Balasubramanian, Vamsi K. Chalamalla|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2020

Tropical and Extratropical Cyclones Research参考文献 15被引用数 9

ひとこと要約

この動的ケーススタディは、当初の発達の困難にもかかわらず、36時間未満でスーパーサイクロン・アムパンがカテゴリーファイブの暴風雨に急激に強化された主な要因として、対流を伴うケルビン波（CCKW）を特定した。CCKWは上対流圏の不安定性を引き起こし、下方に伝播することで偏西風バースト、湿潰散、垂直混合を強化し、これが対流と低気圧渦度を増幅させ、高水温だけでは説明できない急激な強化を可能にした。

ABSTRACT

Cyclone Amphan, a super cyclone in the Bay of Bengal after 21 years, intensified from a cyclonic storm (CAT 1) to a super cyclone (CAT 5) in less than 36 hours. It went on to make landfall over West Bengal as a Very Severe Cyclonic Storm (VSCS) with winds close to 155 kmph. Here, we analyze the dynamics that led to its rapid intensification, given that the system struggled to develop initially despite the presence of ripe conditions like high Sea Surface Temperature (SST) in the Bay. Our analysis clearly reveals that a Convectively Coupled Kelvin Wave (CCKW) from upper troposphere might have initiated strong instabilities in the tropopause, which then propagated vertically downward and interacted with surface disturbances to promote convective coupling with the Madden Julian Oscillations (MJO). Such convective coupling resulted in a burst of westerly winds along with enhanced vertical mixing and moisture convergence, which eventually led to the formation and intensification of super cyclone, Amphan.

研究の動機と目的

• スーパーサイクロン・アムパンの急激な強化の背後にある力学的メカニズムを調査すること。アムパンは36時間未満でカテゴリーワンからカテゴリーファイブにまで強化された。
• 対流を伴うケルビン波（CCKW）が、熱帯低気圧の強化を促進する大気の不安定性を誘発・維持する役割を評価すること。
• CCKW、マーデン＝ジュリアン振動（MJO）および垂直混合の相互作用が、急激な低気圧生成および強化を可能にする仕組みを検討すること。
• 高水温（SST）が急激な強化を説明する唯一の要因であるという一般的な仮定に反し、大気波動の力学的役割が極めて重要であることを示すこと。

提案手法

• ベイ・オブ・バングラデシュにおけるアムパンの発達期における風、気圧、温度などの大気変数を追跡するため、NCEPおよびECMWF再解析データの分析。
• 安定性指標として相当潜在熱温度（θₑ）を用い、その計算式は θₑ ≈ θ exp(1 + (Lw)/(CₚT)) で与えられる。
• θₑプロファイルの経度および高さ方向平均を用いて、特に中層および低層対流圏における不安定性の広がりと深さを評価。
• 12.5°Nにおけるθₑの等高線図作成により、アムパンおよび比較対象のサイクロン（例：ファニ）の期間中の不安定性および湿潰散の空間パターンを可視化。
• CCKWの伝播および位相速度（約11–14 m/s）をMJOの段階と照らし合わせ、波とMJOの相互作用が対流加熱および渦度に与える影響を評価。
• 線形化された赤道β面力学および赤道ケルビン波の分散関係を用いて、波動伝播および垂直結合のモデル化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対流を伴うケルビン波（CCKW）は、スーパーサイクロン・アムパンの急激な強化にどのような役割を果たしたか？
• RQ2 CCKWとマーデン＝ジュリアン振動（MJO）の相互作用は、大気の不安定性および湿潰散にどのように影響したか？
• RQ3 対流圏における垂直混合および対流結合は、スーパーサイクロンの発達にどの程度貢献したか？
• RQ4 アムパンは、初期の発達上の困難にもかかわらず、好都合のSST条件のもとで、なぜこれほど急速に強化したのか？
• RQ5 アムパンと他のサイクロン（例：ファニ）との間で、不安定性の深さおよび広がり（θₑで測定）に差があるか？その差は強化にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 上対流圏からの強いCCKWが、下方に伝播する不安定性を引き起こし、偏西風バーストと湿潰散の増強を引き起こした。
• CCKW-MJO相互作用により、東インド洋で一時的に強力なMJO段階が発現し、対流加熱および垂直混合が増幅された。
• アムパン期における大気の不安定性領域（dθₑ/dz < 0）は、中層対流圏（約500 hPa）まで達しており、強力な対流結合および混合を示している。
• 相当潜在熱温度（θₑ）の経度平均では、アムパンはサイクロン・ファニよりも深く、広範囲にわたる不安定層を示しており、ファニは700 hPaで不安定性がピークに達した。
• CCKWに起因する偏西風バーストが持続的な湿潃源を提供し、連続した対流および渦度増幅を可能にした。これは急激な強化に不可欠な要因であった。
• 高水温だけではアムパンの急激な強化を説明できない。CCKWに起因する大気の力学的プロセスが、スーパーサイクロンへの移行を決定づけた。