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国立激甚気象研究所（NSSL）は、米国海洋大気庁（NOAA）の海洋大気研究局傘下の気象研究研究所です。NOAAの7つの研究研究所（RL）の1つです。[ 4 ]
NSSLは、オクラホマ州ノーマンを拠点に、HWT（危険気象試験場）において様々な技術とツールを用いて、気象レーダー、竜巻、鉄砲水、落雷、強風、雹、冬の気象現象などを研究している。NSSLの気象学者たちは、気象観測を目的とした初のドップラーレーダーを開発し、NEXRAD（WSR-88D）の開発にも貢献した。
NSSLは、オクラホマ大学の激しい気象および高影響気象研究運用協力研究所（CIWRO）と提携しており、学生や客員研究員が研究を行う際に協力や参加を可能にしている。[ 5 ]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）に併設されている暴風雨予測センター（SPC）および国立気象局ノーマン予報事務所とも密接に連携している。[ 5 ] NWCには、オクラホマ大学、NOAA、および州の組織が共同で活動している。
1962年、米国気象局の国立激甚嵐プロジェクト（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に移った。ノーマンには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出するように設計されていたが、竜巻までの距離を判定することはできなかった。1963年にノーマンに気象レーダー研究所（WRL）が設立され、翌年、技術者たちはレーダーをパルス送信するように改良した。パルスドップラーレーダーは各送信パルスの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。[ 6 ]
1964年、NSSPの残りのメンバーはノーマンに移転し、WRLと合併して国立激甚嵐研究所（NSSL）と改名された。エドウィン・ケスラー博士が初代所長に就任した。[ 6 ] 1969年、NSSLは米国空軍から余剰の10cmパルスドップラーレーダーを入手した。このレーダーは1973年に竜巻の全ライフサイクルをスキャンして撮影するために使用された。研究者らは、この映像とレーダーの速度画像を比較することで、映像上で視覚的に検出される前に竜巻が形成され始めているパターンを発見した。研究者らはこの現象を竜巻渦シグネチャ（TVS）と名付けた。[ 6 ]このレーダーを用いた研究は、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った。 1973年、研究所はオクラホマシティの西15マイル（24km ）に位置するシマロンレーダーと名付けられた2番目のドップラー気象レーダーを運用開始した。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行うことができるようになった。 [ 6 ] 研究と運用を同じ場所に配置するという意図的な決定により、国立激しい嵐予報センターは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た。[ 6 ]この移転により、NSSLとSPC間の連携が改善されることになった。約3年後の2000年には、最初のNOAA危険気象テストベッド（HWT）春季実験が行われた。これは、NWSととも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ための年次イベントとなった。
NSSLは主に3つの部門に分かれている[ 7 ]：
環境脅威の連続体予測（FACETs）は、次世代の環境災害予測に関する科学、技術、ツールの取り組みに焦点を当て、方向性を定めるための包括的な枠組みと戦略です。FACETsでは、グリッドベースの確率的脅威、嵐規模の観測とガイダンス、予報官、脅威グリッドツール、有用な出力、効果的な対応、検証といった項目を取り上げます。
Warn -on-Forecast（WoF）研究プロジェクトは、様々な空間スケールと時間スケールにおいて、FACET（気象観測・予測システム）向けの一連の技術を提供することを目指しています。WoFは、竜巻、大きな雹、極めて局地的な降雨といった嵐規模の現象を正確に予測するコンピューターモデル予測の作成を目指しています。Warn-on-Forecastが成功すれば、予測リードタイムを2～4倍短縮できる可能性があります。
気象研究予測モデル（WRF）は、気象研究コミュニティと予測コミュニティの協力によって生まれたものです。研究と運用の接点で活動するNSSLの科学者たちは、WRFの開発に大きく貢献しており、現在もWRFの運用実装とテストを継続的に行っています。NSSLのWRFは、 降水量、落雷リスクなどについて、1時間から36時間までのリアルタイムの実験的予測を4km解像度で毎日生成します。
WoF竜巻脅威予測（WoF-TTP）は、個々の対流性暴風雨とその竜巻発生可能性を予測するための、解像度1km、時間0～1時間の高精度コンピュータモデル群を開発する研究プロジェクトです。WoF-TTPによる竜巻警報の将来的な平均リードタイムは40～60分を目標としています。WoF-TTPの目標達成のために開発された技術と科学は、大きな雹や破壊的な強風など、その他の対流性気象災害の予測精度向上にも貢献することが期待されています。
NSSLのメソスケールアンサンブル（NME）は、実験的な解析および短期アンサンブル予報システムです。これらの予報は、予報官が環境の3次元的な時間単位の解析として使用できるよう設計されています。
国立モザイク・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、全国規模で様々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、最も効果的なマルチセンサー技術を組み合わせて降水量を推定する次世代製品です。
NSSLの科学者たちは、次世代レーダー（NEXRAD）としても知られる気象監視レーダー-1988ドップラー（WSR-88D）の開発に貢献しました。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開始されて以来、NSSLはその機能拡張に取り組み、ドップラー気象レーダーがナウキャスティングツールとして重要であることをNOAA国立気象局（NWS）に証明してきました。現在、NWSは158基のNEXRADネットワークを運用しています。
二重偏波（デュアルポル）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は、この改良の仕様を策定し、NWSレーダー運用センターの技術者によってテストされました。NWS警報決定訓練部門は、この技術を使用するすべてのNWS予報官に対し、タイムリーかつ適切な訓練を提供しました。改良されたレーダーは、降水の種類と強度をより正確に判断するための14種類の新しいレーダー製品を提供し、竜巻が地上で被害をもたらしていることを確認できます。デュアルポルは、1990年代初頭にドップラーレーダーが初めて設置されて以来、米国のレーダーネットワークに加えられた最も重要な改良です。
350基以上のFAAレーダーと、2025年までに国内の約150基のドップラー気象レーダーは、交換または耐用年数の延長が必要となる。フェーズドアレイレーダーは、長年にわたり軍によって航空機の追跡に使用されてきた。NSSLのMPARプログラムは、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を調査している。これらの様々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に統合することで、財政的な節約と資源の節約につながる。
NSSLの研究者たちは、複数の大学と協力して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。この移動式レーダーは、嵐が発生する際に適切な位置に移動させることができ、WSR-88Dレーダーのビーム範囲よりも低い高度の大気を観測できます。NSSLは、この移動式レーダーを用いて、竜巻、ハリケーン、砂嵐、冬の嵐、山岳地帯の降雨、さらには生物現象の研究を行ってきました。
環境脅威の連続体予測（FACETs）は、次世代の科学、技術、および環境災害予測ツールに関する取り組みに焦点を当て、方向性を定めるための包括的な枠組みと戦略です。FACETsは、グリッドベースの確率的脅威、嵐規模の観測とガイダンス、予報官、脅威グリッドツール、有用な出力、効果的な対応、および検証に取り組みます。
複数年にわたるリモートセンシングによる嵐の再解析（MYRORSS – 「ミラーズ」と発音）は、NSSLと国立気候データセンター（NCDC）が共同で実施するもので、米国本土（CONUS）上空における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プロダクトを再構築・評価することを目的としています。この研究の最終成果は、悪天候の診断や気候情報など、多様な用途に活用できる豊富なデータセットとなるでしょう。
NOAAの危険気象試験施設（HWT）は、国立気象センター内のオクラホマ大学キャンパス内にあり、NSSL、暴風雨予測センター（SPC）、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）が共同で運営しています。HWTは、有望な新しい気象学的知見や技術を、米国全土における危険な中規模気象現象の予報と警報の進歩へと迅速に移行させることを目的としています。
NOAAの危険気象試験場で試験されている新しい警報手法の一つに、「移動脅威」（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猶予時間を提供できること、そして脅威がすでに通過した地域からは警報を継続的に解除できることです。
洪水発生地点および水文曲線シミュレーションプロジェクト（FLASH）は、鉄砲水警報の精度とタイミングを向上させるために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かつ正確な降雨観測データを使用して、1km/5分間隔の鉄砲水予測を作成します。FLASHプロジェクトの開発は、NSSLのストームスケール水文気象学および水文モデリンググループのメンバーと、オクラホマ大学のHyDROSラボとの活発な共同作業によって継続されています。
沿岸・内陸洪水観測警報（CI-FLOW）プロジェクトは、ノースカロライナ州沿岸部における沿岸洪水と内陸洪水の複合的な影響を予測する実証プロジェクトです。CI-FLOWは、降雨、河川流量、波浪、潮汐、高潮の複雑な相互作用と、それらが海洋および河川の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、大規模かつ独自の学際的チームを率いています。
NSSLは、NWSの予報官を支援するため、悪天候現象をより迅速かつ正確に診断するための方法と技術を研究している。
NSSLは、製品評価に使用できるNWSワークステーション（高度気象対話処理システム2（AWIPS2））を10台以上保有しています。NSSLはこれらのAWIPS2ステーションを使用して、ここで開発された警報製品や技術のテストと実証を行い、将来的にNWS予報局で利用可能となる製品や技術を開発しています。
1990年代、NSSLはNWSの警報機能を強化するため、警報意思決定支援システム（WDSS）を開発しました。NSSLは現在も次世代のWDSS-II（警報意思決定支援システム：統合情報/NMQ）の開発に取り組んでおり、これは複数のレーダー、地上および高層気象観測、雷検知システム、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統合するツールです。この改良・拡張されたシステムは、最終的には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内での意思決定能力向上のため、悪天候および降水に関するプロダクトを自動的に生成します。
NSSL: On-Demandは、WDSS-IIをベースとしたウェブベースのツールで、レーダーで検出された渦や雹をGoogle Earthの衛星画像上にマッピングすることで、悪天候が発生した日時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地域を含む、米国国立気象局（NWS）の予報事務所は、この画像を使用して災害後の被害調査を計画します。緊急対応要員は、On-Demandを使用して被災地域の高解像度道路地図を作成し、救助・復旧活動や被害状況の評価をより効果的に開始できるようにします。
NSSLの開発ラボには、壁掛け式のプラズマディスプレイが4台設置されており、少なくとも10台のワークステーションを設置できる十分なスペースがあります。部屋の中央には大きな円卓があり、昼食時の軽食会やその他の会議に利用されています。研究者、予報官、開発者は、このラボをチームとして活用し、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。ラボ内のワークステーションは、デュアル偏波レーダーやフェーズドアレイレーダーなど、独自のデータソースの可視化や統合に迅速に対応できます。
NSSLは、降水量、降水場所、降水の種類をより正確に推定・予測するための新しい技術、戦略、アプリケーションを開発する強力な研究開発ツールを構築しました。国家モザイク・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、全国規模で様々な観測システムを組み合わせて降水予報を作成します。
MRMS （マルチレーダー・マルチセンサー）システムは、警報意思決定支援システム統合情報（WDSS-II）および国家モザイク定量降水量推定システムの運用版として提案されているものです。
MRMSは、複数のレーダー、地上および高層気象観測、雷検知システム、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、定量的降水量予測、対流、着氷、乱流の診断を支援します。MRMSシステムは、悪天候および降水に関する製品を作成し、悪天候予報および警報、水文学、航空、数値気象予報の意思決定能力を向上させるために開発されました。
NSSL/CIWROが開発した気象適応型三次元変分データ同化（3DVAR）システムは、スーパーセル型雷雨を自動的に検知・解析します。この3DVARシステムは、全米WSR-88DレーダーネットワークのデータとNCEPの北米メソスケールモデル製品を用いて、雷雨活動領域を自動的に特定します。そして、 これらの領域において、スーパーセル型雷雨を示す深層回転上昇気流を5分ごとに1kmの解像度で識別することができます。
NSSLは、雷雨の挙動や雷雨による危険性に関する知識を深めるため、気象データを収集する現地調査プロジェクトに参加している。
PECANは、夜間の対流に焦点を当てた大規模な野外調査プロジェクトでした。PECANは、2015年6月1日から7月15日にかけて、オクラホマ州北部、カンザス州中部、ネブラスカ州中南部にかけて実施されました。
NSSLは、小規模な運動学、大気変数、竜巻の発生時期と原因を研究する大規模プロジェクトである「竜巻の回転起源検証実験2009-2010」に参加しました。米国海洋大気庁（NOAA）と米国国立科学財団（NSF）は、竜巻を発生させる可能性のある雷雨の周辺および下で気象観測を行うため、世界中から100名以上の科学者、学生、職員を支援しました。
竜巻の回転起源検証実験は、竜巻発生原因に関する数々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した。新型の移動式ドップラーレーダーが使用され、複数の竜巻を伴う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によって開発されたTOtable TOrnado Observatory（TOTO）は、風速計、圧力センサー、湿度センサー、およびデータ記録装置を備えた55ガロンの樽でした。理論上は、チームがピックアップトラックの荷台からTOTOを竜巻の進路に転がし出し、機器の電源を入れてから避難するというものでした。長年にわたり、いくつかのグループがTOTOの展開を試みましたが、直接竜巻の直撃を受けたことはありませんでした。TOTOが成功に最も近づいたのは1984年で、弱い竜巻の端に横からかすめられて倒れた時でした。TOTOは1987年に運用を終了しました。
1960年代、1970年代、そして1980年代初頭にかけて、航空機が雷雨の中を飛行し、乱気流を測定した。このデータは、近隣のWSR-57による降雨強度の測定値と組み合わされ、雷雨の反響と乱気流の関係を理解することを目的として、短期的な乱気流予報の精度向上を目指した。
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。 [ 8 ]プローブは、ルーフラックの上に気象観測機器一式を取り付け、内部にコンピューターと通信機器の複合体を搭載した改造ミニバンです。NSSLの科学者は、これらの車両を嵐や嵐の環境の中を走行させて、温度、気圧、湿度、風を測定します。
NSSLの2DVDは、観測エリアを通過するあらゆる天体（雨粒、雹、雪など）を、2つの異なる角度から高速ビデオ撮影します。この装置は、偏波レーダーの研究において、降雨量、雨滴の形状とサイズ分布、および降水識別アルゴリズムの精度向上に役立つその他のパラメータを測定するために使用されます。
NSSLは、温度、気圧、湿度、風速、風向を測定するセンサーを備えた小型の携帯型気象観測プラットフォームと、粒子径、風速（Parsivel）測定器と呼ばれる雨滴計を提供しています。これらは、雷雨の発生現場やその周辺に迅速に展開できます。
NSSLは、雷雨の中に特殊な気象観測気球システムを打ち上げています。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は、研究用航空機が飛行するには危険すぎることが多い雷雨内部の状況に関するデータを提供します。
PASIVは、雷雨の中へ打ち上げられ、上昇していく過程で水や氷の粒子を撮影するために設計された気球搭載型の観測機器です。この機器は、気球に次々と接続された他の観測機器の「列車」の一部として飛行します。これらの他の観測機器は、電界の強度と方向、および温度、露点、気圧、風などの他の変数を測定します。
NSSLは、市販のセンサーを使用した移動式トレーラー型境界層プロファイリング装置CLAMPSを保有しています。CLAMPS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、および大気放射干渉計（AERI）で構成されています。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の運用および研究ニーズを満たしています。
NSSLの野外観測施設・支援グループ（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、他の計測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。EFMは、帯電した雷雨の中を上昇しながら、落雷前に発生する電界の強さと方向を測定するように設計されています。この装置から得られるデータは、研究者が雷雨の電気的構造についてより深く理解するのに役立ちます。
NSSLは、NSSL6とNSSL7と呼ばれる2台の移動式研究所（救急車会社が特注で製作）を運用しており、コンピューターおよび通信システム、気球発射装置、気象観測機器などを搭載している。これらの移動式研究所は、データ収集や現場活動の調整のために迅速に展開できる。
オクラホマ大学のNSSLの研究者たちは、1993年に最初の移動式ドップラー気象レーダーを開発しました。現在の移動式レーダー（例えば、NSSLのNOXP）は、嵐のすぐ近くまで移動させることができ、より遠くにあるWSR-88Dレーダーのビームでは捉えられないような詳細な情報を観測できます。NSSLはまた、移動式レーダーを用いて、竜巻、ハリケーン、砂嵐、冬の嵐、山岳地帯の降雨、さらには生物現象の研究も行っています。
NSSLはOKLMAを設置、運用、保守しています。個々の雷放電について数千もの地点をマッピングすることで、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の研究者たちは、嵐がどのようにして雲内放電と雲から地上への放電を引き起こすのか、またそれぞれの放電が竜巻やその他の激しい気象現象とどのように関連しているのかについて、より深く理解したいと考えています。
NSSLの研究者たちは、GOES衛星データを用いて、発達中の雷雨の兆候となる急速に成長する雲を特定する製品の開発に取り組んでいる。また、周辺環境の風速シアと安定性を推定し、将来の嵐の激しさを予測する製品の開発にも取り組んでいる。
NSSLは、国立気象センターの屋上に設置された特殊な観測機器を用いて、 大気の最下層1～2km（境界層）の熱力学的特性を測定しています。研究者たちはこのデータを分析し、境界層の構造、浅い対流雲のプロセス、雲、エアロゾル、放射、降水と熱力学的環境との相互作用、混合相雲などについてより深く理解しようとしています。気候や天気予報などに用いられる数値モデルは、これらの領域すべてにおいて大きな不確実性を抱えています。研究者たちはまた、これらの観測結果を利用して、これらのプロセスの理解と表現を改善しています。
NSSLは人々の観測データも活用しています。主に学生が運営するNSSL/CIWROの深刻な災害分析検証実験（SHAVE）は、電話調査を通じて雹、風害、鉄砲水に関する報告を収集しています。SHAVEの報告は、NWSが収集する自主的な報告と組み合わせることで、深刻な気象現象とそうでない気象現象に関する独自の包括的なデータベースを作成し、米国における深刻な暴風雨の脅威に関する気候学的情報を強化します。
NSSLが一般からの観測データを活用するもう一つの方法は、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、自分のいる場所で地上に到達している降水量を報告できます。研究者は、報告された降水量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、降水識別アルゴリズムの精度を向上させます。
NSSLの研究者たちは、雷雨をシミュレーションできるコンピューターモデルを開発し、環境の変化が雷雨の挙動にどのように影響するかを研究している。彼らはまた、研究と米国気象局（NWS）の運用両方で使用される気象研究予測モデル（WRF）の開発にも貢献している。
気象研究予測モデル（WRF）は、気象研究コミュニティと予測コミュニティの独自の協力によって生まれたものです。その高度な機能は最先端の研究にふさわしいものですが、同時に現場の予報官に高解像度のガイダンスをタイムリーに提供できるほど効率的に動作します。研究と運用の接点で活動するNSSLの科学者たちは、WRFの開発に大きく貢献しており、WRFの運用実装とテストにおいても引き続きリーダーシップを発揮しています。NSSL WRFは、 降水量、落雷リスクなどについて、1時間から36時間までの実験的な予測を毎日リアルタイムで、解像度4kmで生成します。
NSSL （国立科学研究所）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、雷雨をより詳細に研究するために再現される3D雲モデルです。COMMASは、過去の雷雨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を用いて、雷雨の微物理構造と発達、そして微物理と雷雨の電気の関係を研究しています。また、COMMASを用いて、2004年にカンザス州グリーンズバーグの町を壊滅させたスーパーセルの初期の竜巻発生段階など、重要なイベントのさまざまな段階をシミュレーションしています。
FLASH（洪水発生地点およびシミュレーション降雨量グラフプロジェクト）は、NMQ/Q2プロジェクトによる高解像度かつ高精度な降雨観測データの実証とリアルタイムでの利用可能化を受けて、2012年初頭に開始されました。FLASHは、NMQ強制力を用いて、直接的な順方向シミュレーションにより1km/5分解像度の洪水予測を行う、洪水予測における新たなパラダイムを導入しています。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、および特異性を向上させ、人命を救い、インフラを保護することです。FLASHチームは、学際的かつ協調的なアプローチを用いてこの目標を達成する研究者と学生で構成されています。
NOAAの危険気象試験施設（HWT）は、国立気象センター内のオクラホマ大学キャンパス内にあり、NSSL、暴風雨予測センター（SPC）、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）が共同で運営しています。HWTは、有望な新しい気象学的知見や技術を、米国全土における危険な中規模気象現象の予報と警報の進歩へと迅速に移行させることを目的としています。
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・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、航空機の追跡、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立されました。NWRTの高度な機能は、悪天候に対するより的確な警報につながる可能性があります。
NOAA国立激甚気象研究所の所長を務めた人物は以下のとおりです。[ 9 ]