[論文レビュー] The 2010 and 2014 floods in India and Pakistan: dynamical influences on vertical motion and precipitation

Daniel A. Shaevitz, Ji Nie+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2016

Climate variability and models被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、2010年および2014年のインド・パキスタンにおける洪水期の垂直運動を、準地転性のΩ方程式を用いて分解した。その結果、対流の主な駆動要因は顕熱加熱であり、ヒマラヤ山脈の地形的要因が対流の主な誘発要因であることが明らかになった。11年分のデータ分析により、極端な降雨は高い柱状水蒸気量と強い地形的上昇力と強く関連していることが確認された。

ABSTRACT

Devastating floods in northeast Pakistan and northern India occurred in July 2010 and September 2014 as a consequence of extreme precipitation events. The 2010 and 2014 flood events had similar synoptic flow patterns that led to an anomalously high moisture content in the flood region. The quasi-geostrophic omega equation is inverted in order to attribute components of the large-scale vertical motion profile to synoptic forcing, diabatic heating, and mechanically forced orographic ascent. The results show that diabatic heating is the dominant contributor to the large-scale vertical motion, and suggest that the orographic forcing by flow over the Himalayas is the dominant mechanism by which the convection that produces the heating is forced. Analysis of a longer data record shows that instances of extreme precipitation in this region over the last eleven years are closely associated with simultaneously large values of orographic forcing and column-total precipitable water vapor.

研究の動機と目的

• ヒマラヤ地方における2010年および2014年の極端な洪水事象の背後にある動的メカニズムを理解すること。
• 気象システムの力、顕熱加熱、地形的上昇力が大規模な垂直運動に与える寄与を定量化すること。
• 長期間にわたる観測から、同様の動的要因が他の極端な降雨事象を説明できるかどうかを評価すること。
• ヒマラヤのような複雑な高標高地域において、準地転性のΩ方程式が適切に適用可能かどうかを検証すること。

提案手法

• 準地転性のΩ方程式の逆解法を用い、垂直運動の寄与要因を気象システムの力、顕熱加熱、地形的上昇力に分解する。
• 風、温度、ジオポテンシャル高度などの大気場を再解析データ（例：NCEP/NCAR）から取得する。
• 境界層上部（550 hPa）における地転風と地形勾配を用いて地形的垂直速度を計算する。
• Ω方程式に550 hPaおよび700 hPaの2種類の下部境界条件を適用し、感度を評価する。
• モデルで得られた垂直速度プロファイルと再解析データを比較し、手法の妥当性を検証する。
• モンスーン季節の11年分のデータを分析し、極端な降雨と地形的上昇力および湿潤断層との関連を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2010年および2014年の洪水期における、顕熱加熱、気象システムの力、地形的上昇力が垂直運動に与える相対的寄与は何か？
• RQ2 準地転性のΩ方程式は、高標高のヒマラヤ地域における観測された垂直運動をどれほど適切に捉えているか？
• RQ3 2010年および2014年に同定された動的メカニズムは、他の極端な降雨事象に対しても一般化可能か？
• RQ4 極端な降雨事象は、高い柱状水蒸気量および強い地形的上昇力とどの程度相関しているか？

主な発見

• 2010年および2014年の洪水事象において、顕熱加熱が大規模な垂直運動の主な寄与要因である。
• 地形的上昇力が対流の主な誘発要因であり、ヒマラヤ山脈における機械的上昇が上昇を開始している。
• 渦度および温度の輸送に起因する大規模気象システムの力は相対的に弱く、二次的要因である。
• 準地転性のΩ方程式の解は、再解析データの垂直速度プロファイルとよく一致しており、地形の複雑さがあるにもかかわらず、本手法の妥当性が裏付けられた。
• 過去11年間の極端な降雨事象は、高い柱状総水蒸気量と強い地形的上昇力と強く関連している。
• 2014年の事象と2010年の第二段階の事象は、類似した気流パターンと湿気の供給源を示しており、両方ともベイ・オブ・バイールの南東風により湿気が供給されていた。