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情報

あなたもお世話になっている「週間天気予報」の謎

「来週、子どもの運動会なんだよな・・・」「今度の週末、バーベキューに誘われていて・・・」そんな時は、どうしたって先の天気が気になるものです。天気予報アプリやテレビとにらめっこしては、当日までハラハラ・ドキドキしているそこのあなたとひとり編集長の私・・・😅。

 

昨今の天気予報では、1週間予報や長期予報が当たり前になっていますが、こうした長期的な予報はどのようにして行なっているのでしょうか? 長期予報のメイン手法である「アンサンブル予報」について見てみます。

 

天気予報の手法のうち、ニュートンの運動の法則や熱エネルギーの保存則、気体の状態方程式、質量の法則などといった高等学校の物理で学ぶ基本的な方程式と、大気の状態の数値だけをもとにして、将来の大気の状態を数値としてはじき出そうとする予報を「数値予報」といい、現在の天気予報の中核をなす手法です。

 

数値予報では、中学校や高等学校で学んだ連立方程式のようにすっきりと解くことはできず、短い時間ごとの変化を数値で計算して加算していく「積分」的な手法で予報の数値を導きますが、すっきり解けないのは、それらの式が「非線形」。方程式中に変数どうしのかけ算の項がある式だからなのです。

 

このように非線形の方程式で表される現象にはカオスが現れます。カオスとは、一般語としては「混沌」を表す言葉ですが、気象においては単に混沌という以上の意味があるのです。大気現象には「カオス」とか「初期値敏感性」と呼ばれる性質、つまりわずかな初期値の違いで結果が大きく変わってしまうという性質があるのです。

 

10分後の数値計算では初期値のわずかな違いによる結果の違いは小さいですが、それを数十回数百回繰り返すと、結果が大きく違ってきます。1週間後の天気を予報する際には、初期値のわずかな不正確さが増幅してしまい、予報が大きく外れてしまう可能性を示唆しています。数値予報のこの問題を克服して、実用に耐えるように改善した方法があり、アンサンブル予報と呼ばれます。

 

せいぜい1週間程度といわれている高・低気圧などの消長に対する予報期間の限界を、通常の数値予報モデルを用いながら大幅にのばそうとする手法がアンサンブル予報です。

 

アンサンブルという言葉は、全体や全体的効果を意味し、音楽では合奏曲を、服飾では一揃いの婦人服を、また理数関係では集団や集合を表す言葉です。アンサンブル予報は、集団的な初期値を用いることからこの言葉が使われています。

 

アンサンブル予報は、数値予報の本計算を行う際に、観測誤差と同じ程度の小さな誤差をわざと人為的に与えた多数の初期値の組からなる集団(アンサンブル)を設定します。そして、それぞれの初期値ごとに独立して一定期間(例えば34日間)の予測計算を行い、集団の全予測値の単純平均を求め最終的に発表する予報とするものです。

 

個々の初期値とそれに対応する予測結果を「メンバー」、また全メンバー(集団)の単純平均を「アンサンブル平均」と呼びます。

 

テレビや新聞で見聞きする週間天気予報はアンサンブル予報に基づいていますが、世間では、予報は決定論的・断定的に受け取られているように感じますよね😃。

 

しかし、アンサンブル予報は予測に幅があり、週間予報で発表される予報は、先程の「アンサンブル平均」です。したがって、予測の信頼度はメンバー間のばらつきが小さければ高く、逆に大きければ信頼度は低いと考えらるのです。

 

重ねて留意すべきことは、アンサンブル予報は、初期条件が一組、予測も一組である「決定論的予報」である「短期予報」と異なり、確率的予報です。

 

週間天気予報の例で見ると、最高・最低気温の欄に、それぞれ予想気温の数値が記された下に予測の幅が(8~ 12)のように括弧内に示されています。この幅は、アンサンブルメンバーの「バラツキ」から得られるもので、8~12℃の範囲となることを示した確率的予報となっています。

 

また、「信頼度」は、降水確率として示した数値や天気の予報がどの程度確からしいかをA、B、Cで示したものです。アンサンブルの結果のばらつきが大きいときは信頼度が低いCとなり、アンサンブルの結果のばらつきが小さい場合は信頼度が高いA になります。

 

A【確度が高い予報】降水の有無の予報について、適中率が明日予報並みに高く、翌日の予報で日変わりする可能性がほとんどない 降水有無の適中率:平均86 %/翌日の予報の日変わり率:平均2%

B【確度がやや高い予報】降水の有無の予報について、適中率が4日先の予報と同程度で、翌日の予報で日変わりする可能性が低い 降水有無の適中率:平均72%/翌日の予報の日変わり率:平均7%

C【確度がやや低い予報】て、適中率が信頼度Bより低い、もしくは、翌日の予報で日変わりする可能性が信頼度Bよりも高い 降水有無の適中率:平均56%/翌日の予報の日変わり率:平均21%

 

ある地域のアンサンブル1か月予報(メンバー数27)の「気温」に関する予報を見てみると、初期から1週間先程度までは、メンバー間の差はほとんど見られませんが、しだいに「バラツキ」が大きくなり、2週間も先になると顕著になっていきます。このような場合、バラツキの平均をとった「アンサンブル平均」が発表される予報値になります。

 

また、気温のアンサンブル予報の結果を、平年より「高い」「平年並み」「低い」の3つに分けて、その確率を分布図にして表す例も見たことがあると思います。これは、気温が平年より「低い」を予想したメンバー数の割合、「平年並み」を予想したメンバー数の割合、「高い」を予想したメンバー数の割合を百分率で表し、分布図状に並べて表示しているものです。

 

一般的によく目にするのは、先程のアンサンブル予報に基づく週間予報だと思いますが、それとは別に、週間アンサンブル予想図として、6日間分の予想天気図が作成されています。

 

これはコンピュータ内で日本付近から地球の裏側までシミュレートする全球モデル(GSM)の週間アンサンブル予報で得られた各メンバーの格子点値をもとにして、各格子点でそれらを平均し、天気図を作成したものです。

 

気圧配置と高・低気圧の位置のほか、前24時間に1mm以上の降水が予測される領域が網点で表され、等圧線の走行や込み具合から風のようすも予想できます。

 

それでは、台風の進路についてのアンサンブル予報はどうでしょうか?

台風の進路についてのアンサンブル予報図を見ると、メンバーごとの進路を描いた薄い線がたくさん見られます。初期値の小さな違いでこれだけ進路予想が広がってしまうことから、「カオス」のやっかいさが見て取れます。

 

しかし、このような「バラツキ」のある結果から、極端に外れたものは除外し、平均的な進路を見いだすことで、もっともらしい予報を導きます。アンサンブル予報の結果出した予報進路と、実際の進路を見比べてみると、かなり近い進路を予報することができているのです。

 

気象庁の予報のほとんどは日本単独で行っていますが、台風の予測だけは違い、アメリカ・イギリス・ヨーロッパの気象予報センターが行っている熱帯低気圧を含む全球規模の「予報データ」を国際気象回線で入手し、気象庁の予測と複合して行っています。

 

つまり、他国の気象予報センターによる台風の進路予報を入手し、アンサンブル予報のデータに加えているのです。この予測手法は複数(マルチ)国の予測モデルを用いることから、マルチ・アンサンブル予報と呼ばれており2019年になって採用されました。

 

マルチの予報の成果は、日本単独での「アンサンブル予報」による台風進路予測と、各国の数値予測を日本の数値予報と複合させた「マルチ・アンサンブル予報」による進路予測の改善状況を見てみれば、予報円の大きさが従来に比べ小さくなり、マルチアンサンブル予報によって、進路予測が改善されるていることがわかります。

 

台風の進路予報に関しては、気象庁WMO(世界気象機関)の枠組みの中で「太平洋台風センター」の役割を担っていて、ベトナム、タイ、韓国、北朝鮮など14か国に台風に関する情報や予想を提供しています。

 

このようにして、長期的な予報でも、精度の高い予報ができるよう、取り組みが進んでいるのです👍

 

ほら!あなたも毎日お世話になっているでしょ?😅

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