東京大学と日本気象協会が人工衛星から観測した「重い水蒸気」が天気予報の精度向上に寄与することを実証

東京大学と日本気象協会が人工衛星からのリモートセンシングで観測した「重い水蒸気」が天気予報の精度向上に寄与することを実証

東京大学生産技術研究所芳村研究室(芳村圭教授)は9月14日、日本気象協会と共同で、人工衛星から観測された大気中の水蒸気同位体の比率から気温や風速の予測精度を改善できることを、世界で初めて実証したと発表した。天気予報の精度向上に直接貢献できる可能性がある。

原子には、原子核を構成する陽子と中性子の数によって、軽いものと重いものとがあるのだが、同じ原子番号のもので、軽いの重いのをくるめたのが「同位体」だ。たとえば水素には、原子核に陽子が1つの軽水素、陽子と中性子とが1つずつの重水素、陽子1つと中性子2つの三重水素という3つの安定同位体(放射性のない同位体)がある。また酸素には一般的な質量数16のものに対してと0.2%ほどしか存在しない質量数18という「重い」ものがある。これらの重い同位体で構成される水分子の水蒸気が、「重い水蒸気」ということだ。

重い水蒸気同位体は、気体よりも液体、液体よりも固体に多く含まれる性質があることから、古くから地球上の水の循環の指標に使われてきた。東京大学生産研究所では、重い水蒸気同位体と軽いものとの比率の実測値と、大気大循環(地球規模の大気の循環)モデルを使ったシミュレーションによる推定とを組み合わせること(データ同化)で、気象予測の精度が向上するという理論を2014年に発表していた。

さらに2021年、人工衛星からの水蒸気同位体比の観測情報を得たと仮定して、それを同研究所が開発した全球水同位体大気循環モデル「IsoGSM」によるシミュレーション結果とデータ同化し確認したところ、実測データではないものの、10%以上改善できることがわかった。

そして今回、同研究所は、欧州の人工衛星MetOp(Meteorological Operational Satellite Program of Europe)に搭載された分光センサーIASI(赤外線大気探測干渉計)の実測データを入手しデータ同化を行った。すると、実際に気象に関連する数値の解析精度が向上していることが実証された。4月1日から4月30日までのIASIのデータを使い、データ同化した場合としなかった場合の予測を比較したところ、結果はデータ同化したものが、していないものの成績を上回った。

今後は、観測データを増やし、モデルの性能を高め、「どのような状況でどのような効果が得られるのか」を詳細に調べてゆくという。そうすることで、例えば、台風や線状降水帯など、極端現象の予測性能の向上に繋がる可能性もあると考えているとしている。

GoogleとClimaCellが高解像度天気予報をまずはインドで提供開始

気象テクノロジーの会社のClimaCell(クリマセル)は、気象データを収集し、天気予報モデルを構築する数多くの革新的なアプローチを採用している。米国時間の1月7日、Google Cloudと提携して、新しい高解像度予報モデルを提供することを発表した。その最初のモデルは、インドに焦点を合わせたものだが、すぐに他の地域にも拡大する予定だ。ClimaCellとGoogleは、Google Cloud Public Datasetsプログラムを通じて、予報を無料で利用できるようにする。

このモデルでは、2kmの解像度、15分の時間間隔で、48時間後までの予報を提供できる。また、ClimaCellの他の気象情報の基盤としても機能し、洪水、大気質なども予測可能となっている。

「民間企業が、本格的で実用的な数値気象予測モデルを、1国の全領域に対して継続的に提供し、最大48時間先までの高解像度の天気予報を供給するのは、歴史上初めてのことです」と、ClimaCellの共同創業者でCEOのShimon Elkabetz(シモン・エルカベッツ)氏は述べた。「このこと自体が歴史的なマイルストーンであるのはもちろん、私たちはそれを完全に無料で提供するのです。他の人たちとも協力して、誰もが気象データに無料でアクセスできるようにします」。

同社によれば、地元の気候と地理的な条件の微妙な違いに対応するため、このようなローカルなモデルが必要だという。また今後は、他の地域に向けて、このモデルをカスタマイズする予定となっている。

このモデルは、パブリックなデータセットとして提供されるので、誰でも使用できる。もちろん、この予報がどれほど良いものになるかは、まだわからない。ただしClimaCellは、この1年ほどの間に、かなり良い評判を築き上げてきた。また、Delta、JetBlue、Unitedといった航空会社を含み、多くの大企業が顧客となっている。さらに、一般ユーザー向けのフリーミアム型のモバイルアプリも提供している。

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(翻訳:Fumihiko Shibata)