国立暴風雨研究所

国立暴風雨研究所（NSSL ）は、国立海洋大気庁（NOAA）海洋大気研究局傘下の気象研究機関であり、NOAAが所有する7つの研究所（RL）のうちの1つである。^[1]

NSSL は、オクラホマ州ノーマンを拠点として、HWT (危険気象テストベッド) のさまざまな技術とツールを使用して、気象レーダー、竜巻、鉄砲水、雷、強風、雹、冬の天候を研究しています。NSSL の気象学者は、気象観測を目的とした最初のドップラー レーダーを開発し、NEXRAD (WSR-88D) の開発に貢献しました。

NSSLはオクラホマ大学のCIWRO（強烈かつ高影響気象研究運営協同研究所）と提携しており、学生や客員科学者が共同で研究に参加できるようになっています。 ^[2]また、この研究所は、オクラホマ州ノーマンにある国立気象センター（NWC）に併設されている嵐予測センター（SPC）や国立気象局ノーマン予報局とも緊密に連携しています。^[2] NWCには、オクラホマ大学、NOAA、および協力して活動する州組織が集まっています。

1962年、米国気象局の国家猛烈嵐プロジェクト (NSSP) の研究チームがミズーリ州カンザスシティからオクラホマ州ノーマンへ移動した。この地では、1956年にコーネル航空研究所が3cm連続波ドップラー気象監視レーダー-1957 ( WSR-57 ) を設置していた。このレーダーは竜巻の非常に高い風速を検知するように設計されたが、竜巻までの距離を判定することはできなかった。1963年、ノーマンに気象レーダー研究所 (WRL) が設立され、翌年、技術者らはレーダーをパルス送信するように改造した。パルスドップラーレーダーは送信パルスの合間にデータを受信できるため、2つのアンテナが不要になり、距離の問題が解決された。^[3]

1964年、NSSPの残りの部分はノーマンに移り、そこでWRLと合併して国立猛嵐研究所（NSSL）と改名されました。エドウィン・ケスラー博士が初代所長に就任しました。^[3] 1969年、NSSLは余剰の10cmパルスドップラーレーダーをアメリカ空軍から入手しました。このレーダーは1973年に竜巻のライフサイクル全体をスキャンして撮影するために使用されました。フィルムとレーダーの速度画像を比較することで、研究者はフィルムで視覚的に検出される前に竜巻が形成され始めていることを示すパターンを発見しました。研究者はこの現象を竜巻渦シグネチャー（TVS）と名付けました。^[3]このレーダーを使用した研究が、後にNWS NEXRAD WSR-88Dレーダーネットワークとなる概念につながりました。 1973年、研究所はオクラホマシティの西15マイル（24 km）に2台目のドップラー気象レーダー「シマロン レーダー」を設置しました。これにより、NSSLは両方のレーダーで同時に嵐をスキャンしながら、デュアル ドップラー実験を実行できるようになりました。^[3] 研究と運用を併置するという意図的な決定により、国立暴風雨予報センターは1997年にカンザスシティからノーマンに移転し、嵐予測センターに名称を変更しました。^[3]この移転により、NSSLとSPCの連携が改善されました。約3年後の2000年に、最初のNOAA危険気象テストベッド（HWT）春季実験が行われました。これは、NWSと共に運用モデルと実験モデルおよびアルゴリズムを評価する毎年恒例のイベントになりました。

NSSL は 3 つの主要部門に分かれています。

• 予測研究開発部
• レーダー研究開発部門
• 警告研究開発部門

環境脅威の連続体の予測 (FACET) は、環境ハザード予測のための次世代の科学、技術、ツールに関連する取り組みを集中し、方向付けるのに役立つ、幅広いフレームワークと戦略として機能します。FACETS は、グリッドベースの確率的脅威、暴風雨規模の観測とガイダンス、予報者、脅威グリッド ツール、有用な出力、効果的な対応、検証を扱います。

Warn -on-Forecast (WoF)研究プロジェクトは、さまざまな空間および時間スケールで FACET 用の一連のテクノロジを提供することを目指しています。WoF は、竜巻、大粒の雹、極端に局所的な降雨など、嵐規模の現象を正確に予測するコンピュータ モデル予測を作成することを目指しています。Warn-on-Forecast が成功すれば、予測のリード タイムが 2 ～ 4 倍改善される可能性があります。

気象研究予報 (WRF)モデルは、気象研究と予報コミュニティのコラボレーションの成果です。研究と運用の接点で活動する NSSL の科学者は、WRF 開発活動の主要な貢献者の 1 人であり、WRF の運用実装とテストを継続的に提供しています。NSSL WRF は、降水量、雷の脅威などについて、毎日 4 km の解像度で 1 ～ 36 時間のリアルタイムの実験予報を生成します。

WoF 竜巻脅威予測 (WoF-TTP)は、0～1 時間、1 km 解像度の高精細コンピュータ モデル スイートを開発して、個々の対流性嵐とその竜巻の可能性を予測する研究プロジェクトです。WoF-TTP による竜巻警報の目標平均リード タイムは、今後 40～60 分です。WoF-TTP の目標を達成するために開発されたテクノロジーと科学は、大粒の雹や破壊的な強風など、その他の対流性気象の脅威の予測を改善することを期待しています。

NSSL の Mesoscale Ensemble (NME)は、実験的分析と短期アンサンブル予報システムです。これらの予報は、環境の 3D 時間別分析として予報士が使用できるように設計されています。

国立モザイクおよびマルチセンサー定量降水量推定 (NMQ)システムは、レーダーから衛星まで、全国規模でさまざまな観測システムを組み合わせて、降水量予測を作成します。NMQ のプロトタイプ QPE 製品は「Q2」とも呼ばれ、降水量を推定する最も効果的なマルチセンサー技術を組み合わせた次世代製品です。

NSSL の科学者は、次世代レーダー (NEXRAD)としても知られる1988 年型気象監視レーダー ドップラー (WSR-88D)レーダーの開発に携わりました。1974 年にノーマンで最初のドップラー気象レーダーが運用されて以来、NSSL はその機能拡張に取り組んでおり、NOAA 国立気象局 (NWS) に対してドップラー気象レーダーが予報ツールとして重要であることを証明しました。現在、NWS には 158 台の NEXRAD のネットワークがあります。

二重偏波 (デュアルポール) レーダー技術は、まさに NOAA 全体の成果です。NSSL は、この技術の研究開発に 30 年近くを費やしました。国立気象局 (NWS) と NSSL が改良の仕様を開発し、NWS レーダー運用センターのエンジニアがテストしました。NWS 警報決定トレーニング部門は、この技術を使用するすべての NWS 予報官にタイムリーで適切なトレーニングを提供しました。アップグレードされたレーダーは、降水の種類と強度をより正確に判断し、竜巻が地上で被害を引き起こしていることを確認できる 14 の新しいレーダー製品を提供します。デュアルポールは、ドップラー レーダーが 1990 年代初頭に初めて設置されて以来、米国のレーダー ネットワークに行われた最も重要な機能強化です。

2025 年までに、350 台を超える FAA レーダーと、国内のドップラー気象レーダーの約 150 台を交換するか、耐用年数を延長する必要があります。フェーズド アレイ レーダーは、航空機を追跡するために長年軍隊で使用されてきました。NSSL の MPAR プログラムでは、航空機監視機能と気象監視機能を 1 つのレーダーに統合できるかどうか調査しています。これらのさまざまなレーダー システムの運用機能を 1 つのレーダー ユニット^[流行語]に統合すると、財政が節約され、消費するリソースが少なくなります。^{[引用が必要]}

NSSL の研究者は、いくつかの大学と協力し、移動式ドップラー レーダーを開発しました。これは、トラックの荷台に搭載されたドップラー レーダーです。移動式レーダーは、嵐が発達するにつれて所定の位置に移動し、WSR-88D レーダーのビームの下の低高度の大気をスキャンすることができます。NSSL は、移動式レーダーを使用して、竜巻、ハリケーン、砂嵐、冬の嵐、山の降雨、さらには生物学的現象まで研究してきました。

環境脅威の連続体の予測 (FACET) は、環境災害を予測するための次世代の科学、技術、ツールに関連する取り組みを集中し、方向付けるのに役立つ、幅広いフレームワークと戦略として機能します。FACET は、グリッドベースの確率的脅威、暴風雨規模の観測とガイダンス、予報者、脅威グリッド ツール、有用な出力、効果的な対応、検証を扱います。

遠隔感知による嵐の複数年再解析 (MYRORSS – 「ミラーズ」と発音) NSSL と国立気候データセンター (NCDC) は、米国本土 (CONUS) の 15 年間の WSR-88D データから得られた数値モデル出力とレーダー製品を再構築および評価します。この研究の最終結果は、悪天候の診断や気候情報など、さまざまな用途に使用できる豊富なデータセットになります。

NOAA の危険気象テストベッド (HWT)は、NSSL、嵐予測センター (SPC)、および国立気象局オクラホマシティ/ノーマン気象予報事務所 (OUN) によって、オクラホマ大学キャンパスの国立気象センター内で共同で管理されています。HWT は、有望な新しい気象の洞察と技術を、米国全土の危険な中規模気象イベントの予報と警告の進歩に迅速に移行できるように設計されています。

NOAA 危険気象テストベッドでテストされている新しい警報方法の 1 つに、「Threats-In-Motion (TIM)」という概念があります。TIM 警報グリッドは 1 分ごとに更新され、嵐の進路に合わせて継続的に移動します。TIM の利点は、危険の下流にあるすべての場所に有効なリード タイムを提供し、脅威がすでに過ぎ去ったエリアから警報を継続的に削除することです。

洪水発生場所とシミュレートされた水位グラフ プロジェクト (FLASH) は、洪水警報の精度とタイミングを改善するために 2012 年初頭に開始されました。FLASH は、予測モデル、地理情報、および NMQ/Q2 プロジェクトからのリアルタイムの高解像度で正確な降雨観測を使用して、1 km/5 分の解像度で洪水予測を作成します。FLASH プロジェクトの開発は、NSSL の Stormscale Hydrometeorology および Hydromodeling グループのメンバーと、オクラホマ大学の HyDROS ラボとの積極的なコラボレーションとして継続されています。

沿岸および内陸洪水観測および警報 (CI-FLOW)プロジェクトは、ノースカロライナ州沿岸部の沿岸および内陸洪水の複合的な影響を予測する実証予測です。CI-FLOW は、降雨量、河川流量、波、潮汐、高潮の複雑な相互作用と、それらが海水位や河川水位に及ぼす影響を捉えます。NSSL は、NOAA 国立海洋助成金の支援を受けて、大規模でユニークな学際的チームを率いています。

NWS の予報官を支援するために、NSSL は、悪天候をより迅速かつ正確に診断する方法と技術を調査しています。

NSSL には、製品評価に使用できる 10 台以上の NWS ワークステーション ( Advanced Weather Interactive Processing System 2 (AWIPS2))があります。NSSL はこれらの AWIPS2 ステーションを使用して、ここで開発され、将来 NWS 予報局で利用可能になる警報製品と技術をテストおよび実証します。

1990 年代、NSSL は NWS の警報機能を強化するために警報意思決定支援システムを開発しました。NSSL は、複数のレーダー、地表および上空観測、雷検出システム、衛星および予報モデルからのデータ ストリームを迅速に組み合わせるツールである次世代WDSS-II (警報意思決定支援システム: 統合情報/NMQ)の開発を続けています。この改良および拡張されたシステムは、最終的にマルチレーダー マルチセンサー (MRMS) システムとして国立気象局の運用に移行され、NOAA 内の意思決定機能を向上させるために、悪天候および降水量製品を自動的に作成します。

NSSL: On-Demand は、WDSS-II に基づく Web ベースのツールで、レーダーで検出された循環や雹を Google Earth の衛星画像にマッピングすることで、悪天候が発生した時間と場所を確認するのに役立ちます。2011年のスーパー アウトブレイクの影響を受けた場所を含む国立気象局 (NWS) の予報所は、この画像を使用して事後の被害調査を計画しています。緊急対応要員は、On-Demand を使用して被災地域の高解像度のストリート マップを作成し、より効果的に救助および復旧作業と被害評価を開始できます。

NSSL の開発ラボには、壁掛け式のプラズマ スクリーン ディスプレイが 4 台あり、ワークステーションを 10 台以上置くのに十分なスペースがあります。部屋の中央には大きな丸テーブルがあり、ランチタイムの「ブラウン バッグ」ディスカッションやその他の会議に使用されます。研究者、予報官、開発者は、ラボを使用して、チームとして新しいプラットフォームや技術をリアルタイムで評価しています。ラボのワークステーションは、デュアル ポール レーダーやフェーズド アレイ レーダーなどの独自のデータ ソースを視覚化したり組み込んだりするために、すぐに調整できます。

NSSL は、降水量、降水場所、降水タイプをより正確に推定および予測するための新しい技術、戦略、アプリケーションを作成するための強力な研究開発ツールを作成しました。国立モザイクおよびマルチセンサー定量降水量推定システム (NMQ) は、レーダーから衛星まで、全国規模の観測システムを組み合わせて使用​​し、降水量を予測します。

MRMS システムは、警報意思決定支援システム - 統合情報 (WDSS-II) と国家モザイク定量降水量推定システムの提案された運用バージョンです。

MRMS は、複数のレーダー、地表および上空の観測、雷検出システム、衛星および予報モデルからのデータ ストリームを迅速かつインテリジェントに統合する自動化アルゴリズムを備えたシステムです。多数の 2 次元マルチセンサー製品が、雹、風、竜巻、定量的降水量推定予報、対流、着氷、乱流診断を支援します。MRMS システムは、悪天候および降水量製品を生成するために開発され、悪天候の予報と警告、水文学、航空、数値気象予報を改善するための意思決定能力が向上しました。

NSSL/CIWRO の気象適応型 3 次元変分データ同化 (3DVAR) システムは、スーパーセル雷雨を自動的に検出して分析します。3DVAR システムは、国立 WSR-88D レーダー ネットワークと NCEP の北米メソスケール モデル製品のデータを使用して、雷雨活動領域を自動的に特定します。このシステムは、これらの領域で 5 分ごとに 1 km の解像度でスーパーセル雷雨を示す深い回転上昇気流を特定できます。

NSSL は、雷雨の挙動と雷雨の危険性に関する知識を増やすために気象データを収集するフィールド調査プロジェクトに参加しています。

PECAN は夜間の対流に焦点を当てた大規模なフィールド プロジェクトでした。PECAN は、2015 年 6 月 1 日から 7 月 15 日まで、オクラホマ州北部、カンザス州中部、ネブラスカ州南中部で実施されました。

NSSL は、小規模な運動学、大気の変動、および竜巻が発生する時期と理由を研究する大規模なプロジェクトである、竜巻の回転の起源の検証実験 2009-2010 に参加しました。米国海洋大気庁 (NOAA) と米国科学財団 (NSF) は、竜巻を発生させる可能性のある雷雨の周囲と雷雨下の気象測定を収集するために、世界中の 100 人を超える科学者、学生、スタッフを支援しました。

竜巻の回転の起源の検証実験は、竜巻の発生原因に関する多くの疑問を検証するために設計された 2 年間のプロジェクトです。新しいモバイル ドップラー レーダーが使用され、いくつかの竜巻嵐に関する画期的なデータが得られました。

NOAA 環境研究所の科学者が開発したTOtable TOrnado Observatory (TOTO)は、風速計、圧力センサー、湿度センサー、およびデータを記録する装置を備えた 55 ガロンの樽でした。理論上は、チームはピックアップトラックの後ろから TOTO を転がして竜巻の進路に出し、機器のスイッチを入れ、道を空けることになります。数年にわたっていくつかのグループが TOTO の配備を試みましたが、直撃を受けたことはありませんでした。TOTO が最も成功に近づいたのは、1984 年に弱い竜巻の端に横からぶつかって倒れたときでした。TOTO は 1987 年に引退しました。

1960 年代、1970 年代、1980 年代初頭には、航空機が雷雨の中を飛行して乱気流を測定しました。このデータは、近くの WSR-57 からの雨の強さの測定値と組み合わされ、雷雨のエコーと乱気流の関係を理解し​​、短期的な乱気流予報を改善することを目指しました。

NSSLとオクラホマ大学の科学者と技術者は、1992年に最初のモバイルメソネット（MM）車両、別名「プローブ」を製作しました。 ^[4]プローブは改造されたミニバンで、ルーフラックの上に気象計器一式が取り付けられ、車内にはコンピューターと通信機器の複合体が搭載されています。NSSLの科学者は、嵐や嵐の環境の中でこれらを運転し、温度、圧力、湿度、風を測定します。

NSSL の 2DVD は、2 つの異なる角度から、その視野を通して空から落ちてくるもの (雨滴、雹、雪など) を高速ビデオで撮影します。このカメラは、降雨量、雨滴の形状とサイズ分布、および降水量識別アルゴリズムの精度を絞り込むのに役立つその他のパラメータを測定することにより、偏光レーダー研究に使用されます。

NSSL は、温度、気圧、湿度、風速、風向を測定するセンサーと、Parsivel (PARticle、SIze、VELocity) ディスドロメーターと呼ばれる機器を備えた小型のポータブル気象プラットフォームを提供しています。これらは、雷雨の現場やその周辺に迅速に配備できます。

NSSL は、特殊な研究用気象気球システムを雷雨の中に打ち上げます。気球に取り付けられたセンサー パッケージからの測定値により、研究用航空機が飛行するには危険すぎると判明することが多い嵐の内部の状況に関するデータが提供されます。

PASIV は、雷雨の中に打ち上げられ、上昇する水と氷の粒子の画像を撮影するために設計された気球搭載型機器です。この機器は、気球に次々に接続された他の機器の「列」の一部として飛行します。これらの他の機器は、電界の強度と方向、および温度、露点、圧力、風などの他の変数を測定します。

NSSL には、市販のセンサーを使用した移動式トレーラーベースの境界層プロファイリング設備があります。CLAMPS には、ドップラー ライダー、マルチチャンネル マイクロ波放射計、大気放射干渉計 (AERI) が含まれています。CLAMPS は、地表付近の温度、湿度、風のプロファイルに関する NOAA/NWS の運用および研究のニーズを満たします。

NSSL のフィールド観測施設およびサポート グループ (FOFS) は、 電界計 (EFM) と呼ばれる装置を担当しています。この装置は、他の機器とともに特殊な研究用気球に取り付けられ、雷雨の中に打ち上げられます。これらの EFM は、帯電した嵐の中を運ばれながら、雷が発生する前に発生する電界の強度と方向を測定するように設計されています。この機器から得られるデータは、研究者が嵐の電気的構造についてさらに詳しく知るのに役立ちます。

NSSL は、コンピュータ システム、通信システム、気球発射装置、気象計器を備えた NSSL6 および NSSL7 という 2 つの移動式研究所 (救急車会社が特注で製作) を運営しています。これらの移動式研究所は、データ収集や現場作業の調整のために迅速に展開できます。

オクラホマ大学の NSSL 研究者は、1993 年に最初のモバイルドップラー気象レーダーを構築しました。現在のバージョンのモバイル レーダー (NSSL の NOXP など) は、嵐のすぐ近くに移動して、通常はより遠くにある WSR-88D レーダーのビームでは見えない詳細を観測できます。NSSL は、モバイル レーダーを使用して、竜巻、ハリケーン、砂嵐、冬の嵐、山の降雨、さらには生物学的現象も研究しています。

NSSL は OKLMA の設置、運用、保守を行っています。個々の雷閃光について数千のポイントをマップ化して、その位置と構造の発達を明らかにすることができます。NSSL の科学者は、嵐が雲内雷光と雲対地雷光をどのように生成するか、また、それぞれの種類が竜巻やその他の悪天候とどのように関連しているかについて、さらに詳しく知りたいと考えています。

NSSL の研究者は、GOES 衛星データを使用して、発達中の雷雨の兆候となる可能性のある急速に成長する雲を識別する製品の開発に取り組んでいます。また、嵐の今後の激しさを予測するために、周囲の環境における風のせん断と安定性を推定する製品の開発にも取り組んでいます。

NSSL は、国立気象センターの上部に取り付けられた特殊な機器を使用して、大気の最下層 1～2 km (境界層) の熱力学的特性を測定できます。研究者は、境界層の構造、浅い対流雲のプロセス、雲、エアロゾル、放射線、降水と熱力学的環境の相互作用、混合相雲などについてさらに詳しく知るためにデータを研究します。気候や天気の予測に使用される数値モデルには、これらすべての領域で大きな不確実性があります。研究者は、これらの観察結果を使用して、これらのプロセスに対する理解と表現を向上させます。

NSSL は人々の観察も利用しています。主に学生が運営する NSSL/CIWRO 重大災害分析検証実験 (SHAVE) では、電話調査を通じて雹、風害、洪水の報告を収集しています。SHAVE の報告は、NWS が収集した自主的な報告と組み合わせることで、重大および非重大気象イベントの独自の包括的なデータベースを作成し、米国における激しい嵐の脅威に関する気候学的情報を強化します。

NSSL が一般の観測データを利用するもう 1 つの方法は、地上付近の気象現象識別 (mPING) プロジェクトです。ボランティアは、モバイル アプリ (iOS および Android) を通じて、自分の場所に降水量があるかどうかを報告できます。研究者は、降水量の報告と二重偏波レーダー データで検出された降水量を比較して、降水量識別アルゴリズムを改良します。

NSSL の研究者は、環境の変化が雷雨の行動にどのような影響を与えるかを研究するために、雷雨をシミュレートできるコンピュータ モデルを作成しました。また、研究と NWS の運用の両方で使用される気象研究予報 (WRF) モデルの開発にも貢献しています。

気象研究予報 (WRF) モデルは、気象研究と予報コミュニティのユニークなコラボレーションの成果です。最先端の研究に適した高度なレベルでありながら、最前線の予報官にタイムリーに高解像度のガイダンスを提供するのに十分な効率性を備えています。研究と運用の接点で活動する NSSL の科学者は、WRF 開発の取り組みに大きく貢献し、WRF の運用実装とテストでリーダーシップを発揮し続けています。NSSL WRF は、降水量、雷の脅威などについて、4 km の解像度で毎日 1 ～ 36 時間のリアルタイムの実験予報を生成します。

NSSLのマルチスケール大気シミュレーション共同モデル (COMMAS)は、雷雨を再現して詳細な調査を行うために使用される 3D クラウド モデルです。COMMAS は、過去のイベントのレーダー データと雷データを取り込むことができます。研究者は COMMAS を使用して、嵐の微物理構造と進化、微物理と嵐の電気の関係を調査します。また、2004 年に町の大部分を破壊したカンザス州グリーンズバーグのスーパーセルの初期の竜巻段階など、重要なイベントのさまざまな段階をシミュレートするためにも COMMAS を使用します。

洪水発生場所とシミュレートされた水位グラフ プロジェクト (FLASH) は、主に NMQ/Q2 プロジェクトによる高解像度で正確な降雨観測の実証とリアルタイムでの利用可能性に応えて、2012 年初頭に開始されました。FLASH は、NMQ 強制力を使用し、直接のフォワード シミュレーションを通じて 1 km/5 分の解像度で洪水予報を生成する、洪水予測の新しいパラダイムを導入します。FLASH プロジェクトの主な目標は、米国における洪水警報の精度、タイミング、および特異性を改善し、人命を救い、インフラを保護することです。FLASH チームは、目標を達成するために学際的かつ協力的なアプローチを使用する研究者と学生で構成されています。

NOAA の危険気象テストベッド (HWT) は、NSSL、嵐予測センター (SPC)、および国立気象局オクラホマシティ/ノーマン気象予報事務所 (OUN) によって、オクラホマ大学キャンパスの国立気象センター内で共同で管理されています。HWT は、有望な新しい気象の洞察と技術を、米国全土の危険な中規模気象イベントの予報と警告の進歩に迅速に移行できるように設計されています。

NOAA の国立気象レーダー試験場 (NWRT) は、オクラホマ州ノーマンで試験および評価されているフェーズド アレイ レーダー (PAR) です。NWRT は、多機能フェーズド アレイ レーダー (MPAR) として、航空機追跡、風速プロファイリング、気象監視を同時に実行できる可能性を実証するために設置されました。NWRT の高度な機能により、悪天候に対するより優れた警報が可能になります。

• 欧州暴風雨研究所(ESSL)
• NEXRADレーダー運用センター(ROC)
• 嵐を追う
• 天気予報
• 気象レーダー

• ケスラー、エドウィン（1977年1月1日）。国立暴風雨研究所：プログラムと歴史。ミシガン大学図書館。ASIN B0037CF8U0  。

• 国立暴風雨研究所
• 国立気象センター
• 国立気象センター (NWC) の NOAA 職員