急速な激化

急速強化（RI ）とは、熱帯低気圧が短期間で非常に劇的に勢力を増す過程のことです。熱帯低気圧予報機関は、急速強化事象を指定するために異なる閾値を使用していますが、最も広く使用されている定義では、 24時間以内に熱帯低気圧の最大持続風速が少なくとも30ノット（55 km/h、35 mph）増加することを規定しています。ただし、急速強化の期間は1日以上続くことがよくあります。すべての熱帯低気圧の約20～30%が急速強化を経験し、その中には最大風速が51 m/s（180 km/h、110 mph）を超える熱帯低気圧の大部分が含まれます。     

熱帯低気圧の予報において、急速な発達は大きな誤差要因であり、その予測可能性は改善すべき重要な分野としてしばしば挙げられる。熱帯低気圧を取り巻く環境と内部プロセスとの複雑な相互作用のため、急速な発達の根底にある具体的な物理的メカニズムや、急速な発達を支えるために必要な環境条件は不明である。急速な発達は、一般的に海面水温の上昇と、湿潤で不安定な可能性のある空気の存在に関連している。熱帯低気圧に対する風のシアの影響は非常に変動が大きく、急速な発達を促進する場合もあれば、阻害する場合もある。急速な発達は、熱帯低気圧の中心領域におけるホットタワーの出現や強い対流のバーストとも関連しているが、こうした対流のバーストが急速な発達の原因なのか、それとも副産物なのかは不明である。

過去40年間、世界的に外洋域と沿岸域の両方で、熱帯低気圧の急速な発達の頻度が増加している。急速な発達の可能性が高まっているのは、気候変動の結果として熱帯低気圧の環境が発達しやすい傾向が強まっていることと関連している。これらの変化は、温暖化する海水と、気候変動が対流圏の熱力学的特性に及ぼす影響から生じている可能性がある。

急速強化には世界的に統一された定義はありません。最大持続風速の増加の大きさと強化期間の短さによる急速強化の閾値は、それぞれの熱帯低気圧域における高パーセンタイル強化事例の分布に基づいています。^{[ 1 ]}また、閾値は嵐の風を評価するために使用される平均期間にも依存します。^{[ 2 ] [ a ]} 2003年、ハリケーン研究部門のジョン・カプランとコロラド州立大学の地域およびメソスケール気象チームのマーク・デマリアは、熱帯低気圧の最大1分間持続風速が24時間以内に少なくとも30ノット（55 km/h、35 mph）増加することを急速強化と定義しました。この風速の増加は、1989年から2000年までの大西洋の熱帯低気圧の海上での強度変化の95パーセンタイルにほぼ相当します。 ^{[ 4 ] [ 5 ]}急速な強化を定義するためのこれらの閾値は一般的に使用されていますが、関連する科学文献では他の閾値が使用されています。^{[ 6 ]}米国国立ハリケーンセンター（NHC）は、急速な強化の定義において、カプランとデマリアの閾値を反映しています。^{[ 7 ]} NHCはまた、同様の量である急速な深まりを、熱帯低気圧の最低気圧が24時間以内に少なくとも42ミリバール（1.2インチHg ）低下することと定義しています。^{[ 8 ]}       

熱帯低気圧の約 20〜30% は、少なくとも 1 回の急速強化期間を経験し、その中には風速51 m/s (180 km/h; 110 mph)を超える熱帯低気圧の大部分が含まれます。^{[ 9 ]}強い熱帯低気圧が急速強化を経る傾向と、嵐が徐々に強い強度に強化される頻度が低いことから、世界の熱帯低気圧の強度は二峰性分布となり、弱い熱帯低気圧と強い熱帯低気圧が中程度の強度の熱帯低気圧よりも一般的になります。^{[ 10 ]}急速強化のエピソードは通常 24時間以上続きます。 ^{[ 1 ]}北大西洋では、平均して、最大 1 分間持続風速が70〜80 kn (130〜150 km/h; 80〜90 mph)の嵐の強化速度が最も速くなります。南西インド洋では、最大10分間持続風速が65～75ノット（120～140 km/h、75～85 mph ）の嵐の強化速度が最も速い。小型の熱帯低気圧は、周囲の環境に対する感度が高いためか、急速な強化を含む急激な強度変化を起こしやすい。^{[ 11 ]}ハリケーン・パトリシアは、2015年に24時間で最大持続風速が54 m/s（190 km/h、120 mph）増加し、24時間風速増加の世界記録を樹立した。^{[ 12 ]}パトリシアはまた、RSMCデータに基づくと、24時間で最大の気圧低下の記録も保持しており、 97 mbar（2.9 inHg）低下した。^{[ 12 ]}しかし、他の推定では、1983 年に台風フォレストの中心気圧が最大104 mbar (3.1 inHg)まで低下した可能性があり、世界気象機関はフォレストの強化速度を記録上最速としています。^{[ 12 ] [ 13 ]} 2019 年に、合同台風警報センター(JTWC) は、サイクロン アンバリの風速が24 時間で51 m/s (180 km/h; 110 mph)増加したと推定しており、これは少なくとも 1980 年以降、南半球の熱帯低気圧の 24 時間風速増加としては最高です。                       ^{[ 14 ] [ 15 ]}

熱帯低気圧は急速に発達する前に軸対称性が高くなることが多く、初期発達時の嵐の軸対称性の度合いと発達速度の間には強い相関関係があります。しかし、熱帯低気圧の中心核付近での強い対流とホットタワーの非対称な出現も、急速な発達を予兆する可能性があります。 ^{[ 1 ]局所的な深層対流（「対流バースト」 [ 16 ]}と呼ばれる）の発達は、上部対流圏における熱帯低気圧の構造的組織化を高め、下部成層圏からのより乾燥した安定した空気の巻き込みを相殺しますが、^{[ 17 ]}深層対流のバーストが急速な発達を誘発するのか、あるいはその逆なのかは不明です。^{[ 1 ] [ 17 ]}ホットタワーは急速な発達に関与していると考えられていますが、診断的には海域によって影響が異なっています。^{[ 18 ]}中心部の雷の頻度と強度は、急速な発達と関連している可能性がある。^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}熱帯降雨観測ミッションによってサンプリングされた熱帯低気圧の調査では、急速に発達する嵐は、中心部の降雨の範囲が広く、降雨量が多いことで他の嵐と区別されることが示唆された。^{[ 22 ]}しかし、急速な発達を促す物理的メカニズムは、より緩やかな発達を促すメカニズムと根本的に異なるようには見えない。^{[ 23 ]}

嵐が急速に発達する環境の特徴は、発達速度が遅い環境の特徴と大きくは異ならない。^{[ 9 ]}高い海面水温と海洋熱量は、急速な発達を可能にする上で重要な役割を果たす可能性がある。^{[ 17 ]}水平方向の海面水温勾配が強い、または塩分成層が強い海域では、エンタルピーと水分の海面フラックスが強くなり、急速な発達に適した条件が整う可能性がある。^{[ 25 ]}好ましい環境が存在するだけでは、必ずしも急速な発達につながるわけではない。^{[ 26 ]}鉛直ウィンドシアは、嵐の強度の挙動と急速な発達のタイミングを予測する際に、さらなる不確実性を加える。ウィンドシアの存在は、対流有効位置エネルギー（CAPE）とヘリシティを集中させ、熱帯低気圧のダウンシア領域内で流入を強化する 。^{[ b ]}このような状況は活発な回転対流に適しており、高渦度の熱帯低気圧の中心に十分近い場合は急速な強化を引き起こす可能性があります。しかし、風のシアは同時に、乾燥した空気を嵐に巻き込み、沈降を引き起こすことで、熱帯低気圧のアップシア^{[ b ]}領域内の対流に不利な状況も生み出します。これらのアップシアの状況は、当初は有利だったダウンシア領域に持ち込まれる可能性があり、熱帯低気圧の強度に悪影響を及ぼし、急速な強化を妨げます。^{[ 9 ]}シミュレーションでは、急速な強化エピソードは風のシアのタイミングに敏感であることも示唆されています。^{[ 25 ]}中程度の（ 5～10 m/s（20～35 km/h、10～20 mph） ）風のシアが存在する状況で急速な強化を経験する熱帯低気圧は、同様に非対称な対流構造を示す可能性があります。^{[ 27 ]}このような場合、シアを受けた熱帯低気圧からの流出は、周囲の環境と相互作用し、局所的に風のシアを減少させ、さらなる強化を可能にする可能性がある。^{[ 28 ]}熱帯低気圧と対流圏上層のトラフとの相互作用   また、特に波長が短く、気圧の谷と熱帯低気圧との距離が大きい場合、急速な発達につながる可能性がある。^{[ 25 ]}

急速な強化に適した環境下では、嵐内部の確率的なプロセスが強化速度の調整においてより大きな役割を果たします。場合によっては、急速な強化の開始に先立って、湿った空気からの対流不安定性の大きな解放（高い等価温位によって特徴付けられる）があり、熱帯低気圧の中心付近での対流の増加が可能になります。 ^{[ 9 ]}急速な強化現象は、熱帯低気圧周辺の対流の性質と分布にも関連している可能性があります。ある研究では、嵐全体にわたる層状降水の著しい増加が急速な強化の開始を示していると示されました。^{[ 1 ]} 2023年に、国立大気研究センターがコンピューターシミュレーションを使用して急速な強化を研究し、熱帯低気圧が急速に強化する2つの経路を特定しました。急速強化の「マラソン」モードでは、風速シアが低く海面水温が高いなどの好ましい環境条件により、熱帯低気圧は長期間にわたって比較的穏やかなペースで対称的に強化されます。急速強化の「スプリント」モードはより速く、より短いですが、通常は強い風速シアの存在など、強化に不利であると長い間考えられていた条件下で発生します。このより速いモードでは、熱帯低気圧の中心から離れた対流バーストが、嵐の循環を再編成したり、新しい循環中心を生成したりすることがあります。急速強化のスプリントモードを経るモデル化された熱帯低気圧は、急速強化のマラソンモードを経るものよりも低い強度（持続風速が51 m/s（185 km/h、115 mph）未満）でピークに達する傾向がありました。^{[ 29 ] [ 30 ]}   

熱帯低気圧の予報では、急速な発達が大きな誤差の原因となっており、急速な発達のタイミングは予測しにくい。^{[ 1 ] [ 31 ]}陸地付近での急速な強度変化は、熱帯低気圧への備えや一般市民のリスク認識に大きな影響を与える可能性がある。^{[ 11 ]}急速な強度変化の予測可能性を高めることは、運用予報センターによって最優先事項として特定されている。^{[ 32 ]} 2012年、NHCは急速な発達の予測を改善の最優先事項として挙げた。^{[ 33 ]} Genesis and Rapid Intensification Processes (GRIP)は、 NASA地球科学が主導したフィールド実験で、急速な発達を部分的に研究することを目的としていた。無人機のノースロップ・グラマンRQ-4グローバルホークを含む複数の航空機が、2010年の大西洋ハリケーンシーズン中にハリケーンアールとカールの急速な発達現象を調査するために使用された。^{[ 34 ] [ 35 ]} 2016 年 12 月、CYGNSS SmallSatコンステレーションが打ち上げられ、急速な強化現象を解明するのに十分な時間分解能で海洋表面の風速を測定することを目標としています。 ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 11 ]} TROPICS衛星コンステレーションには、熱帯低気圧の急速な変化を研究することが主要な科学目標の 1 つとして含まれています。^{[ 16 ]}気象モデルも急速な強化現象を予測する能力が向上していることが示されていますが、^{[ 38 ]}そのタイミングと規模を正確に描写することには依然として困難が伴います。^{[ 39 ]}統計モデルは、力学気象モデルと比較して、急速な強化を予測する上でより高い予測スキルを示しています。^{[ 16 ] [ 40 ]}人工ニューラルネットワークから得られる強度予測は、確立された方法よりも急速な強化をより正確に予測する可能性もあります。^{[ 32 ]}

急速に発達する熱帯低気圧の場合、24 時間リードタイムでの予測誤差は他の場合よりも大きいため、運用上の予測では通常、急速な発達は示されません。^{[ 41 ]}予測の信頼性を高め、予報官が急速な発達のエピソードを予測するのを支援するために、確率的および決定論的な予測ツールが開発されました。これらの支援は、地域特別気象センター(RSMC) の運用上の予測手順に統合され、世界中の熱帯低気圧の強度予測に考慮されています。^{[ 32 ]}例えば、環境パラメータの予測に基づいてさまざまな程度の風速増加に対する急速な発達の可能性を定量化した急速発達指数 (RII) [ 42 ^]は、 RSMC東京台風センター、オーストラリア気象局(BOM)、および NHCで使用されています。 ^{[ 32 ]}強度予測製品は、他の熱帯低気圧海域で開発されたツールに基づいて、 RSMC ラ レユニオンで南西インド洋向けに開発されています。^{[ 11 ]}急速強度予測支援 (RIPA) は、急速強化の可能性が少なくとも 40% と評価された場合、JTWC の主要な熱帯低気圧強度予測支援によって提供される合意強度予測を増強し、2018 年以降使用されています。^{[ 32 ]} JTWC は、RIPA を使用して評価された急速強化の確率の大幅な増加傾向が急速強化の可能性の高さと関連していると報告しました。JTWC はまた、さまざまな統計的手法に依存する追加の急速強化予測支援の実験も行っています。^{[ 32 ]}急速強化の予測因子を組み込んだ強度予測ツールも開発され、韓国気象庁やインド気象局などの他の予測機関の運用で使用されています。^{[ 43 ]}  

2021年に発表されたIPCC 第 6 次評価報告書の最初の作業部会報告書では、急速に強化される現象が過去 40 年間 (信頼できる衛星データの期間) に世界的に増加した可能性が高いと評価し、この変化が自然気候変動の影響を超え、人為的な気候変動に起因するという確信度は「中程度」であるとしました。^{[ 44 ] : 1519、1585}ハリケーン級の風を伴う熱帯低気圧が急速に強化される可能性は、¹⁹⁸⁰年代の1 パーセントから 5 パーセントに増加しました。^{[ 45 ]} 1980 年代以降、熱帯低気圧が複数回にわたって急速に強化される頻度も統計的に有意に増加していることが観測されています。 ^{[ 46 ]}これらの増加はさまざまな熱帯低気圧域で観測されており、人為的な排出の結果として環境の熱力学的特性が強化にますます適したものになっていることと関連している可能性があります。^{[ 5 ]}気候変動による風速シアの減少も、急速な強化の可能性を高める可能性がある。^{[ 47 ] [ 45 ]}海岸線から400 km (250 mi)以内での急速な強化の頻度も、1980 年と 2020 年の間に 3 倍に増加した。この傾向は、沿岸水温の上昇と、環境誘導流の広範な変化に起因する熱帯低気圧の強度ピーク位置の西向きの傾向によって引き起こされている可能性がある。^{[ 48 ]}急速な強化の規模の長期的な増加は、中央および熱帯大西洋、ならびに西北太平洋でも観測されている。^{[ 49 ] [ 50 ]}しかし、CMIP5気候予測では、21 世紀末までに環境条件は、北インド洋以外のすべての熱帯低気圧海域で急速な強化にはあまり適さない可能性があると示唆している。^{[ 51 ]}      

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