熱帯低気圧観測

熱帯低気圧の観測は、過去数世紀にわたり、さまざまな方法で行われてきました。台風、ハリケーン、その他の熱帯低気圧の通過は、港に最近到着した船員の口コミや海上の船舶からの無線通信、沿岸近くの河口の堆積物から海岸線近くの都市の消滅まで、さまざまな方法で検知されています。第二次世界大戦以降、技術の進歩により、海盆の調査に飛行機を使用する、さまざまな方法で宇宙から世界の海洋を監視する衛星、海岸線近くの進行を監視するレーダー、最近では嵐の中に侵入する無人航空機の導入などが行われました。最近の研究は、岩石内または沿岸近くの湖の堆積物に残るハリケーンの影響の研究に集中しており、これは古気象学と呼ばれる新しい分野の1つです。この記事では、ハリケーン データベースの作成に使用されたさまざまな方法と、大西洋ハリケーン再解析などのプロジェクトで使用される過去の嵐の再解析に必要な再構築について詳しく説明します。

ベリーズの石筍で発見された¹⁸ Oと¹³ C同位体の最近の研究では、熱帯低気圧の活動によって週ごとに分離できるマーカーが残る可能性があることが示されています。このタイプの微量分析のエラー率は、1,200のサンプルポイントで1エラーでした。^[1]

岩石には、天然トレーサーと呼ばれる特定の元素同位体が含まれており、岩石が形成された条件を説明しています。サンゴ岩の炭酸カルシウムを研究することで、過去の海面温度やハリケーンに関する情報が明らかになります。軽い酸素同位体（¹⁶ O）は、非常に激しい降雨の時期にサンゴに残ります。^{[2]ハリケーンは熱帯海域における極端な降雨の主な原因であるため、サンゴ内の18} O濃度の 上昇を調べることで、過去のハリケーンがサンゴに影響を与えた日を特定できます。^[3]

ルイジアナ州立大学の教授であるカム・ビウ・リウ氏は、過去5,000年間のハリケーンの頻度と強度を研究するために、沿岸の湖沼の底に横たわる堆積物を研究している。^[4] 高潮は内陸に進むにつれて沿岸の砂を巻き込むため、沿岸の湖沼には砂の層が残る。 その後、放射性炭素年代測定法を使用して層の年代を測定する。^[5]

19 世紀初頭から中頃に電信が発明される前は、ニュースは最速の馬、馬車、船と同じくらい速かった。通常、熱帯低気圧の影響を事前に警告するものはなかった。しかし、19 世紀に状況は変わり、キューバのビニェス神父などの船乗りや陸上の研究者が、空の様子や海の状態を読み取る体系的な方法を考案し、熱帯低気圧の接近を最大 2、3 日前に予測できるようになった。

中国では、地方の半官報である方志という形で残された豊富な歴史的文書記録が、台風の襲来頻度に関する高解像度の歴史的データセットを提供する絶好の機会を提供している。Kam-biu Liuら(2001) は、中国南部の広東省における西暦 975 年以降の 1,000 年間の台風上陸の時系列を再構築し、10 年単位で見ると、西暦 1660 年から 1680 年までの 20 年間が記録上最も活発な期間であり、10 年ごとに 28 ～ 37 回の台風上陸があったことを発見した。広東省における台風上陸の変動は、中国および北半球の他の古気候プロキシ (例: 樹木年輪、氷床コア) で観察される変動とよく似ている。注目すべきことに、広東省で最も頻繁に台風が発生した2つの時期（西暦1660-1680年、1850-1880年）は、小氷期の中国北部と中央部で最も寒く乾燥した2つの時期と一致しています。^[6]

何世紀にもわたり、人々は世界中の海を航海してきましたが、同じくらい長い間、嵐に遭遇してきました。外洋で発生した最悪のサイクロンは、それを目撃した人々を海の深みに引きずり込んだと思われます。しかし、中には生き残り、恐ろしい体験を報告した者もいます。1905 年に無線電信が発明される前は、海上での嵐に関する報告は、船が港に急いで入港すると同時に海岸に到着するか、数週間から数か月後に遠隔地の寄港地から届きました。1970 年代から利用できるようになった船舶およびブイの報告は、温度、圧力、風の測定だけでなく、海面温度や波の高さの測定にもリアルタイムで使用されています。

海上の船舶からの風速報告は、風速計に基づくものが増え、ボフォート風力階級に基づくものは減っている。これは注目すべき重要な点である。ボフォート風力階級は高風速時の風を過小評価するため、古い嵐の船舶による風観測は実際の値を過小評価する可能性が高い。^[7]

クリストファー・ランド シーらが指摘するように、外洋で発生し、海岸には影響を及ぼさなかった熱帯低気圧の多くは、1970年代以降、衛星観測が行われる以前は通常検知されなかった。彼らは、1851年から1885年の間には年間0～6個の熱帯低気圧、1886年から1910年の間には年間0～4個の熱帯低気圧が過小評価されていたと推定した。これらの過小評価は、熱帯低気圧の典型的な大きさ、大西洋盆地上の船舶航路の密度、および人口密集地の海岸線の量をおおよそ考慮に入れている。^[8]

20 世紀初頭、サイクロンの進路予測は、地表気象観測と気候学に基づいて、地表気圧の低下が最も大きい地域に限定されていました。これらの方法は、20 世紀半ばまで熱帯低気圧予測の最先端技術であることが証明されました。陸上の地表観測は、海岸線近くや内陸部でのリアルタイム情報源として、今でも非常に貴重です。船舶観測や新聞と組み合わせることで、1941 年にラジオゾンデが導入され、1944 年に偵察機が導入されるまで、ハリケーン検知のための総合的な情報ネットワークが形成されました。^[7] 陸上の気圧と風の観測により、熱帯低気圧が内陸に移動するにつれて、どれだけ速く衰えているかがわかります。降雨量レポートは、どこで大雨が発生しているかを示し、洪水の可能性を警告することができます。1990年代に米国で ASOS ネットワークが確立されたことで、これまで以上に多くの場所が 24 時間体制でレポートしています。^[9]

1990 年代以降、学術研究者はハリケーン並みの強風に耐えられるよう強化された移動式気象観測所の配備を開始した。2 大プログラムはフロリダ沿岸監視プログラム^[10]と風工学移動式計器塔実験^[11]である。上陸時には、NOAA ハリケーン研究部門が偵察機からのデータ (飛行高度で取得した風速データ、GPS ドロップウィンドゾンデ、ステップ周波数マイクロ波放射計など) と、海岸近くまたは海岸沿いに設置された気象観測所からリアルタイムで送信される風速データを比較、検証する。国立ハリケーンセンターは、このデータを使用して上陸時の状況を評価し、予報を検証する。

航空機による熱帯低気圧の偵察というアイデアは、1930年代初頭にガルベストン商業協会のWLファーンズワース大尉によって初めて提唱された。米国気象局の支持を得て、1936年に米国上院と米国下院の両方で可決された。 ^[12] 1944年以来、航空機は熱帯低気圧を見つけるために海に飛び出している。定期的な衛星カバーが始まる前は、これは当てずっぽうだった。その後、熱帯システムへの航空機の飛行はより的を絞った正確なものになった。今日では、C-130は空軍によってハリケーンハンターとして使用され、P-3オリオンは米国海洋大気庁によって熱帯低気圧の理解を深め、ハリケーン予報を改善するための研究プロジェクトに使用されている。^[9] メキシコ湾流ジェット機による総観観測ミッションの実施では、ドロップウィンドゾンデを使用して熱帯低気圧の環境を調査し、そのようなミッションが実施された地域では進路予測の誤差が15～20パーセント減少しました。^[13]

気象やハリケーンの追跡に使用された歴史的な航空機には以下のものがあります。

• RK-47 アメリカ空軍
• WB-29 アメリカ空軍
• WB-57F - NASA
• B-50 アメリカ空軍
• WB-50D アメリカ空軍
• WC-135B アメリカ空軍
• WC-130 アメリカ空軍

カナダでは、コンベア580が国立研究評議会によってハリケーンの追跡に使用されている。^[14]

エアロゾンデの時代は、1998年にオーストラリア 気象局が熱帯低気圧ティファニーにエアロゾンデを飛ばしたときに始まりました。^[13] 2005年、ハリケーンオフィーリアは、熱帯低気圧にエアロゾンデと呼ばれる無人航空機のミッションが使用された最初の大西洋熱帯低気圧となりました。2005年には、エアロゾンデが最初の台風を貫通しました。通常の偵察飛行とは異なり、エアロゾンデは熱帯低気圧内で10時間飛行した後も地表近くに留まりました。^[15]

第二次世界大戦中、航空機を探知するためのレーダー技術が開発されました。すぐに、その地域で悪天候が発生すると、広い範囲が視界から見えなくなることが明らかになりました。1957年、国立気象局は、海岸線をカバーし、迫り来る熱帯低気圧の第一警報として機能する米国初のレーダーネットワークを構築しました。1990年代にドップラー技術を使用するようにアップグレードされたレーダーは、降雨量、風速、システムの渦巻き帯内の竜巻の可能性のある位置、熱帯低気圧の中心位置を提供できます。^[9]米国は、全国に158のドップラーレーダーネットワークを運用しています。^[16]

1960 年 4 月の TIROS-I の打ち上げ以来、衛星は熱帯低気圧の探知に利用されてきました。Dvorak 法は、衛星画像に見られる特徴から熱帯低気圧の強さをリアルタイムで判断するために、熱帯低気圧の初期の衛星画像から開発されました。ほとんどの熱帯低気圧盆地では、衛星ベースのDvorak 法の使用が熱帯低気圧の最大持続風速を判断する主な方法です。この手法では、中心と眼壁の間の縞模様の範囲と温度差を使用して、最大持続風速と圧力を割り当てます。^[17] 1990 年代半ば以降、マイクロ波画像により、中層から高層の雲によって回転の中心が不明瞭な場合でも、回転の中心を特定できるようになりました。雲頂温度は、サイクロン内の降雨量をリアルタイムで推定するために使用されます。^[9]

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