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Kawashima Masayuki

Institute of Low Temperature Science　Water and Material CyclesAssistant Professor

北海道大学低温科学研究所助教

Researcher basic information

■ Degree
  • 理学博士, 東京大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • tropical cyclones
  • 豪雪
  • 豪雨
  • Doppler radar
  • 雲解像モデル
  • 熱力学的リトリ-バル
  • シア不安定
  • 筋状降雪雲
  • 気象学
  • 大気現象
  • 温帯低気圧
  • 降雪
  • 前線
  • 渦状降雪雲
  • 下層雲
  • 北極海
  • オホーツク海
  • 乱流フラックス
Research Field
  • Natural Science, Atmospheric and hydrospheric sciences
  • Environmental Science/Agriculture Science, Environmental dynamic analysis
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • May 2001 - Mar. 2013
    防災科学技術研究所, 客員研究員(兼任)
  • Apr. 2007 - 2011
    Hokkaido University, Institute of Low Temperature Science, 助教
  • Apr. 1996 - Mar. 2007
    Hokkaido University, Institute of Low Temperature Science, 助手
Committee Memberships
  • Sep. 2000 - Present
    日本気象学会, 「天気」編集委員, Society
  • Sep. 2008 - Jun. 2024
    日本気象学会, 気象集誌編集委員, Society

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • 低温科学便覧
    北海道大学低温科学研究所編, 第12.3章,12.4 章 雲科学〜メソスケール渦状降雪雲の力学，温帯低気圧に伴う降雨帯形成に果たす雪の融解冷却効果
    Oct. 2015, [Contributor]
  • 地球惑星科学入門
    在田一則; 竹下徹; 見延庄士郎; 渡部重十編集, 第22章 天気を支配する諸現象
    北海道大学出版会, Nov. 2010, [Contributor]
■ Syllabus
  • 気候ﾓﾃﾞﾘﾝｸﾞ特論, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 大気環境科学特論, 2024年, 修士課程, 環境科学院
■ Affiliated academic society
  • Meteorological Society of Japan
  • 日本気象学会
■ Research Themes
  • Diurnal variation of snow clouds over the Sea of Japan caused by inertia-gravity waves generated along the east coast of the Eurasian continent
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    Apr. 2023 - Mar. 2026
    Masayuki Kawashima
    冬季の北西季節風卓越時、ユーラシア大陸の日本海沿岸部では、陸上の下層風の日変動に伴い、半日・一日周期の慣性重力波が定常的に励起されていると考えられる。本研究は、この波が日本海上で発生する降雪雲の日変動に与える影響を解明することを目的とする。
    2023年度は、過去5年分の気象衛星ひまわりのデータを用いて、寒気吹き出し時、気団変質により生じる降雪雲の日変動特性について調べた。まず、気象衛星ひまわりのデータを確認し、日本海上の広い範囲で降雪雲が発生した日を抽出した。その際、温帯低気圧などに伴う上層雲が存在する日は除外した。抽出日について、赤外輝度温度（雲頂温度）の時刻毎のコンポジットを作成し、日本海上における雲頂温度、雲量の日変動について調べた。解析の結果、日本海上全域において、明け方に雲頂温度が低く雲量が多くなるという日変化が見られ、これは雲放射加熱の日変動に起因するものと推測された。この変動に加え、海上を南東方向に伝播する1日・半日周期のシグナルが雲量と雲頂温度に確認され、大陸上の境界層大気の日変化の影響が、慣性重力波として日本の沿岸部にまで到達していることが示唆された。半日変動のシグナルは、日本海北東部で特に顕著で、これは大陸東岸の沿海州の海岸線が直線的で、地形も海岸線に沿う方向に一様であるためであると推測された。
    また、寒気吹き出しが特に顕著であった2020年12月から2021年1月の期間について、領域大気モデルによる数値シミュレーションを行い、陸上および海上の大気境界層の物理量の日変動について調べた。スペクトル解析の結果、大陸上の下層では、風速と気温について、1日と半日の周期に明瞭なピークが現れた。一方、海上では、風速および雲頂温度の半日周期変動のピークは日本海北東部でのみ明瞭で、衛星データ解析の結果と整合的な変動が確認できた。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, Principal investigator, 23K03485
  • Effect of vertical mixing within the atmospheric boundary layer measured by the marvelous method on clouds, air quality and radiation
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2017
    Fujiyoshi Yasushi
    Simultaneous ground and in situ observations confirmed the consistent variation of many physical properties in the atmosphere. We also found that strong turbulence near the top of atmospheric boundary layer occurred only in the very narrow region adjacent to small cumulus clouds. We also investigated the spatial and temporal variability of the physical and optical properties of aerosols. We developed a new algorithm to estimate the vertical profiles of the aerosol physical and optical properties. Furthermore, the solar heating rate was estimated from the retrievals, which were directly validated by in situ data collected by a glider. The comparison of the retrieved extinction coefficient with that estimated from in situ measurements showed that our algorithm has a bias error due to the optimization of aerosol parameters to the optical thickness measured by the sky radiometer.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 26287111
  • Large eddy simulations of frontal turbulence structure
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2012 - 31 Mar. 2015
    KAWASHIMA Masayuki
    The role of turblence in determining the structures of fronts and associated small-scale disturbances was examined through a series of Large-Eddy-Simulations (LES). Ｔhe structures of fronts were determined not physically, but by the choice of numerical parameters such as the model grid size in previous mesoscale model simulations. The LES simulations conducted in this study reproduced the frontal structure in a physically significant manner, by explicitly resolving small-scale turbulence associated with the front. The physical properties of the fronts and associated small-scale disturbances, and their dependencies on the representation of turbulence and the external forcings such as the frontogenetic forcing as well, were examined systematically using the LES.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 24540465
  • Atmosphere-ocean-sea ice interaction processes in the Sea of Okhotsk and the Arctic Region
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2010 - 31 Mar. 2015
    HUMIO Mitsudera; NAKAMURA Tomohiro; UKITA Jinro; KIMURA Noriaki; OGI Masayo; KANEKO Masami; TAGUCHI Bunmei; KOMORI Nobumasa; OHSHIMA Keiichiro; KAWASHIMA Masayuki; TAKAYA Kotaro
    Atmosphere-ocean (-sea ice) interaction processes in the Sea of Okhotsk and the Arctic Sea were investigated, where characteristic seasonality, such as the formation of seasonal sea ice areas in winter as well as the formation of the Okhotsk High and low-level clouds in summer, is exhibited. Sea surface temperature (SST) in the Sea of Okhotsk is kept cool in summer. This is likely attributed to the feedback between the SST and the low-level clouds. As for winter, it was found that the sea ice extent in the Sea of Okhotsk is linked well with the sea ice extent of the preceding summer in the Eastern Siberian Sea within the Arctic Sea. We investigated this linkage from a novel point of view, which is the annual Arctic Oscillation (annual AO), defined by the surface pressure anomaly averaged over one year from January of each year. Feedback processes associated with the annual AO were discussed.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Hokkaido University, 22106010
  • Numerical study of rainbands associated with extra-tropical cyclones using fine-mesh cloud resolving model
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2009 - 2011
    KAWASHIMA Masayuki
    The structure and formation mechanism of rainbands associated with extra-tropical cyclones were investigated through a series of numerical experiments using fine-mesh cloud resolving models. Idealized simulations of narrow cold frontal rainbands revealed that the development of core-gap structure of the rainbands due to horizontal shear instability depends strongly on the environmental and local vertical shear. Realistic numerical simulations revealed the formation mechanisms of other types of rainbands.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 21540446
  • Establishment of short-term forecasting system of sea-ice area assimilating Doppler radar data
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2009 - 2011
    FUJIYOSHI Yasushi; MITSUDERA Fumio; KAWASHIMA Masayuki; YAMAGUCHI Hajime
    We have established a new method to identify sea ice floes by X-band Doppler radar under various weather conditions. Using Doppler radar data and sea-ice velocity extracted from the cross-correlation method, we have developed a new matching method to derive high temporal and spatial horizontal distribution of velocity fields of sea-ice. Assimilating these values into Japan Meteorological Agency Grid Point Value (JMA-GPV) data, we have applied our sea ice model for short-term prediction of sea-ice and have compared the results with the Doppler radar data.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 21241045
  • 雲解像モデルを用いた渦状降雪擾乱の多重スケール構造に関する研究
    科学研究費助成事業
    2005 - 2007
    川島 正行
    冬季、日本海上では様々なスケールの渦状に組織化された降雪雲が生じることが知られている。それらの渦状擾乱は独立して存在するのではなく、低気圧、あるいはポーラーロウなどの比較的大きな渦状擾乱に伴うシアライン上に数十〜100km程度の一桁小さな水平スケールを持つ渦状擾乱が形成される場合が多い。本課題では非静力学雲解像モデルを用い、こうした異なる水平スケールをもつ擾乱の相互作用について明らかにすることを目的とする。
    平成19年度は、大規模な場における傾圧不安定によるシアライン(寒冷前線に相当)の形成と、そこでの渦状擾乱形成メカニズムについて数値実験を行った。具体的には非静力学モデルの初期値として東西風の鉛直シアに比例した南北温度傾度をもつ傾圧場を与えて傾圧不安定波を生じさせ、形成される前線上での二次的な不安低波の発達と構造について調べた。東西風の鉛直シアの大きな場ではシアラインを形成する寒冷前線の寒気と場の東西風鉛直シアとのバランスにより、深く、強い上昇流が形成され、それに伴う水平シアラインも深く、強いものが形成された。これにより水平シア不安定波の発達が促進され、明瞭な渦状擾乱が形成された。一方、東西風鉛直シアが弱い場合、寒冷前線先端の上昇流は寒気側に大きく傾き、シアラインも弱く、浅いものとなり、明瞭な渦状擾乱は形成されなかった。
    また、同様の設定で大気の鉛直安定度を変えた実験により、下層の安定度が小さくなるほどシアライン上で生じる渦の融合成長が抑制されることが示された。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 17740300
  • Formation and maintenance mechanisms of the Arctic stratus cloud studied by observations and models, and its impact to the Arctic climate system
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2002 - 2005
    FUJIYOSHI Yasushi; KAWASHIMA Masayuki; YAMAZAKI Koji; TSUKAMOTO Osamu; OKAMOTO Hajime; SUGIMOTO Nobuo
    In 2002 and 2004, we had conducted specially designed observations of the Arctic stratus cloud (ASC) and precipitation cloud systems in the Arctic Ocean. Major findings are as follows : Comparing the theoretical and observed intensity of solar radiation, we found that about 30 % of solar radiation was absorbed or scattered by aerosols and gases. When the depth of ASC was larger than 500 m, 60 % of solar radiation was absorbed by ASC. Number density of aerosols above the low level cloud was much larger than that below it. Usually sensible and latent heat fluxes near the sea surface were very small. However, both upward turbulent heat fluxes and downward CO2 flux increased very large when the cold air outbreak occurred. From the C-band Doppler radar data, which is the most unique data sets, we studied mesoscale features of precipitation cloud systems and vertical distribution of precipitation over the Arctic Ocean. We classified synoptic disturbances into two types, that is, (1) Polar low and (2) North pacific. The height of former type was less than 5 km, and that of latter type was higher than 8 km. Most of precipitation was found to be brought by the former system. The Arctic stratus cloud also showed two types, that is, (1) Cellular convection and (2) Stratiform types. Their horizontal structures are consistent with simulations done by a high-resolution numerical model. From the huge data sets of high sensitive cloud-radars, we succeeded in making statistics of multi-layer stratification of the Arctic stratus cloud. We also succeeded in retrieving size distribution of cloud droplets of the Arctic Stratus cloud by combining Lidar-Radar data. Both cloud layering and size of cloud droplets are indispensable for study the climate impact of the Arctic stratus cloud. In addition to this, we discussed seasonal variation of moisture transport in polar regions and the relation with annular modes by using ECMWF data.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 14204043
  • Short-term and accurate measurement of gust, lightning and heavy rainfall around Osaka-plain, and improvement of their forecasting method
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1998 - 2000
    FUJIYOSHI Yasushi; KAWASAKI Zenichirou; YOSHIMOTO Naohiro; KONISHI Hiroyuki; ISHIHARA Masahito; SATOMURA Takehiko
    We statistically investigated the appearance characteristics of heavy rainfall occurred around Osaka plain by using 20 years AMeDAS data of JMA. It is found that heavy rainfall occurred widely during Baiu season, but low and autumn front tended to bring heavy rainfall in small area. Such concentration of heavy rainfall was often found in the northern part of Osaka plain. Based on this analysis, we deployed our rain gauges more densely than AMeDAS in the northern part of Osaka plain, and succeeded in detection of the highly concentrated heavy rainfall events. We deployed our Doppler radar system and the Bistatic Doppler radar system to study 3D radar echo and dynamic structure of mesoscale precipitating cloud systems that caused heavy rainfall in Osaka plain. We discussed the detection limit of downburst by using the Aviation Doppler radar of Kansai Airport and our Doppler radar system. We also discussed the possibility of forecasting of lightening activity and place by using Doppler radar systems and the lightening detection system (SAFIR). Assimilating Doppler radar data, we tried to forecast the mesoscale convective system.
    In summary, we succeeded in improvement of the technique of forecasting of precipitation, downburst and lightening detection.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), HOKKAIDO UNIVERSITY, 10308015
  • リトリーバル法による筋状降雪雲の構造と形式維持のメカニズムに関する研究
    科学研究費助成事業
    1997 - 1998
    川島 正行
    冬季、大陸からの寒気吹き出しにともない、日本海上では何本もの筋状の雲が発生する。この筋状降雪雲は日本海沿岸地域に局地的豪雪をもたらすものとして、自然災害科学においても重要な対象の一つであるため、近年はドップラーレーダー観測の展開などにより、その内部の流れの場についても詳細なデータが得られるようになった。
    本研究課題では、1992年1〜2月に北海道石狩平野を中心に展開された重点領域研究の特別観測で得られた風速・反射強度データセットから、石狩湾の地形に沿って形成された降雪雲を選んでリトリーバル法による解析を行ない、降雪雲内部の気温、気圧場を推定した。
    降雪雲の陸側下層では周囲よりも-0.2℃程度低温で0.2hPa程度高圧の領域が示された。また、この高圧部の形成には低温な空気の存在だけでなく、地形により曲げられた気流と季節風の収束による力学的な効果も寄与していることが解析により示された。さらに,降雪雲上部にも周囲より0.1hPa程度高圧の部分が存在していることが示された.
    これらの熱力学的構造から、以下の様な降雪雲の維持のメカニズムが推測される。降雪雲下層では、季節風への地形の作用により高圧部が形成され、上向きの気圧傾度力によって筋状の上昇流域が形成される。凝結高度まで持ち上げられた気塊中では潜熱が解放されるため周囲より高温になり、空気はさらに上昇し、降雪粒子が形成される。気塊が安定層に達するとその上昇は押えられ,気圧傾度により気流の発散が起こる.
    さらに、リトリーバルされた物理量をもとに潜熱放出量の計算を行った.成長期は下層から雲頂付近まで潜熱放出量は正の値であったが、成熟〜減衰期には雲頂付近で比較的大きな負の値を示した。これから,雲頂付近での乾燥した空気のエントレインメントによる降雪粒子の蒸発が降雪雲のライフサイクルにおいて重要な役割を果たすことが示唆された。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 09740358
  • メソスケール降水システムに関する研究
    Competitive research funding
  • study on meso-scale precipitating systems
    Competitive research funding