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川島　正行 (カワシマ　マサユキ)

低温科学研究所　水・物質循環部門助教

北海道大学低温科学研究所助教

研究者基本情報

■ 学位
  • 理学博士, 東京大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 台風
  • 豪雪
  • 豪雨
  • ドップラ-レ-ダ-
  • 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
研究分野
  • 自然科学一般, 大気水圏科学
  • 環境・農学, 環境動態解析
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2001年05月 - 2013年03月
    防災科学技術研究所, 客員研究員(兼任)
  • 2007年04月 - 2011年
    北海道大学 低温科学研究所, Institute of Low Temperature Science, 助教
  • 1996年04月 - 2007年03月
    北海道大学 低温科学研究所, Institute of Low Temperature Science, 助手
委員歴
  • 2000年09月 - 現在
    日本気象学会, 「天気」編集委員, 学協会
  • 2008年09月 - 2024年06月
    日本気象学会, 気象集誌編集委員, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • 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
    2015年10月, ［分担執筆］
  • 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, 2010年11月, ［分担執筆］
■ 主な担当授業
  • 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
■ 所属学協会
  • Meteorological Society of Japan
  • 日本気象学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 大陸沿岸で励起される慣性重力波が日本海の降雪雲の日変動に与える影響
    科学研究費助成事業
    2023年04月 - 2026年03月
    川島 正行
    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。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 23K03485
  • 瞠目的手法による大気境界層内の鉛直混合が雲・大気質・放射場に及ぼす影響解明
    科学研究費助成事業
    2014年04月01日 - 2017年03月31日
    藤吉 康志; 工藤 玲; 川島 正行; 林 政彦; 宮崎 雄三; 青木 一真; 山本 真之
    地上リモートセンサーと同時にグライダーでのin situ 観測を実施することによって、大気境界層内の各種物理量が整合的に変動することが確認できた。さらに、大気境界層上端に発生した強い乱れは、小さな積雲の縁に存在する極めて狭い下降流によってもたらされていたことが分かった。また、エアロゾルの時空間分布と光学的特性の変動要因を解明するため、エーロゾルの量と光吸収特性の鉛直分布を導出するアルゴリズムを開発し、日射による加熱量を推定した。アルゴリズムの検証は、滝川で行ったグライダー観測データで行った。その結果両者にはまだ不一致が見られ、さらなるin situ観測との比較が必要であることが明らかとなった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 26287111
  • ラージエディ・シミュレーションによる前線の乱流構造の研究
    科学研究費助成事業
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    川島 正行
    前線や前線に伴う小規模擾乱の形成における小規模乱流の役割について、ラージ・エディ・シミュレーション（LES)により調べた。従来のメソモデルによる実験では前線の構造は、物理的にではなく、格子間隔などの計算の設定で決まっていた。本研究で行った実験では小規模な乱流を陽に解像することにより、前線を物理的に正しく表現することができた。一連の実験により、前線や前線に伴う小規模擾乱の物理的特性について調べ、それらが乱流の表現の仕方や前線強制などの外的要素にどう依存するか系統的に調べた。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 24540465
  • オホーツク海・北極域における大気海洋海氷相互作用
    科学研究費助成事業
    2010年04月01日 - 2015年03月31日
    三寺 史夫; 中村 知裕; 浮田 甚郎; 木村 詞明; 小木 雅世; 金子 正美; 田口 文明; 小守 信正; 大島 慶一郎; 川島 正行; 高谷 康太郎
    冬季の季節海氷域の形成、および夏季のオホーツク海高気圧とそれに伴う下層雲の発生という、オホーツク海・北極圏における特徴的な季節性に関わる大気海洋（海氷）相互作用について探求した。夏季のオホーツク海では下層雲－海面水温フィードバックにより、海面水温が低く維持されることが明らかとなった。また、冬季のオホーツク海に特徴的なのは、その海氷変動が北極海・東シベリア海における先行する夏の海氷変動と連動している、ということである。気圧偏差の年平均で定義した北極振動（Annual AO）という新しい視点から、北極域・オホーツク海域における、海域・季節を越えてリンクするフィードバックシステムの解明を進めた。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 22106010
  • 微細格子雲解像モデルを用いた温帯低気圧に伴う降雨帯の研究
    科学研究費助成事業
    2009年 - 2011年
    川島 正行
    前線に伴う雲による降水を表現する微細格子雲解像モデルにより温帯低気圧に伴う降雨帯の構造、成因について調べた。まず、理想化した数値実験により、地上の寒冷前線に伴う降雨帯のコアーギャップ構造について調べ、その成因である水平シア不安定波の発達は環境風の鉛直シア、局所的な鉛直シアに強く依存することなどを示した。また、観測された前線に伴うその他の各種降雨帯の構造、成因について現実的な設定の数値実験により明らかにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21540446
  • ドップラーレーダ情報を同化した海氷流動の短期予測システムの構築
    科学研究費助成事業
    2009年 - 2011年
    藤吉 康志; 三寺 史夫; 川島 正行; 山口 一
    ドップラーレーダを用いて、様々な気象条件下でも確実に流氷域を検出できる方法を開発した。また、面相関法と実測した海氷のドップラー速度データを組み合わせた海氷の流動ベクトルの作成アルゴリズム(マッチング法)を完成させた。さらに、ドップラーレーダデータを毎時大気解析GPVに同化することによって作成された風の場を使って我々の流氷モデルを走らせ、流氷域の短時間予測を実施し、ドップラーレーダデータと比較した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 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年 - 2007年
    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
  • 詳細観測・多重モデルによる北極層雲の生成・維持機構の解明とその気候へのインパクト
    科学研究費助成事業
    2002年 - 2005年
    藤吉 康志; 川島 正行; 山崎 孝治; 塚本 修; 岡本 創; 杉本 伸夫; 三浦 和彦
    当該研究期間、2002年と2004年の2回、北極海上に発生する雲と降水システムの総合的な観測を実施した。まず、北極海に出現する大きな気象擾乱には、背の低いタイプと背の高いタイプがあり、前者は北極海起源、後者は北太平洋起源の低気圧であるとを示した。次に、北極層雲の水平構造を調べ、対流性と層状性の構造の2つの水平パターンが存在することを見出した。この結果は、詳細な数値モデルによるシミュレーションの結果と整合的であった。また、雲レーダーを用いた観測で、雲の鉛直構造を明らかにし、雲頂高度がほぼ-45℃に存在すること、2km以下と5km付近の2高度で雲の出現頻度が高いこと、更に、北極海では雲は多層構造を示していることなどを明らかにすることができた。さらに、雲レーダーとライダーと組み合わせるアルゴリズムによって、雲粒の粒径分布も求めることができた。海洋と大気との乱流フラックスも実測し、放射収支と合わせて、北極海での熱収支を見積もることができた。また、客観解析データとレーダーデータを基に、北極域での水収支とその季節変動も見積もることができた。更に、エアロゾル-海洋-大気-雲の相互作用を新たに見出した。これは、海水温の変化と、海起源の雲核の数濃度や大気境界層内の雲の発達とが良く対応していることを観測事実として示したもので、北極海上における下層雲の形成過程が、温暖化に伴う海水温変化に影響を受けることを示した画期的な成果である。
    以上の成果は、国内外での学会で発表し、他国の研究者から高い評価を受けた。更に、熱帯・中緯度との観測結果との比較も行い、2012年にESA(Europe Space Agency)とJAXAとで共同で打ち上げ予定の雲観測衛星(EarthCARE)の科学的基礎データとしての重要性を強調した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 14204043
  • 大阪周辺域における強風・落雷・豪雨の短時間高精度測定と予測システムの構築
    科学研究費助成事業
    1998年 - 2000年
    藤吉 康志; 河崎 善一郎; 吉本 直弘; 小西 啓之; 石原 正仁; 里村 雄彦; 川島 正行; 橋口 浩之
    約20年間のアメダスデータを用いて、大阪平野周辺における短時間強雨の出現特性を調べ、梅雨前線は大阪平野全域で強雨が発生し、秋雨前線や低気圧では強雨が集中しやすく、特に大阪平野北部で集中することが分かった。この結果を基に、本研究期間中に我々が独自に展開した稠密雨量観測網を使って、大阪北部で降雨が強まる事例の総観場と気象条件の特徴をまとめた。さらに、強雨をもたらす実態である停滞性の降雨帯について、ドップラーレーダーデータを用いた解析を行った。それらによれば、寒冷前線が接近する前に六甲山東斜面による強制上昇と大阪湾から進入する南風の効果とによって停滞性の降雨帯が出現し、寒冷前線の降雨帯と重なることで移動(南下)が起こることが示された。さらに、寒冷前線通過時に、1時間以内で気温が6度も上昇しその後下降するという珍しい現象もとらえることができた。我々はまた、10km間隔で6台の気圧計を配置し、その結果、大阪北部での強雨にともなうメソ高気圧を検出することにも成功した。このような現象は、航空機の運航に支障をもたらすマイクロバースト(MB)やダウンバーストに伴って発生するため、MBの自動検出法と精度の向上を目的として行った共同観測の結果をまとめた。MBの形成メカニズムについて、観測と数値実験とから調べた。さらに、雷放電活動がマイクロバースト予測の一指標となる可能性と、雷の放電活動と放電位置の予測可能性について議論を行った。また、ドップラーレーダーデータや各種気象情報を同化することによる、降雨予測精度向上の可能性について、また、その基にある物理過程についてもまとめた。最後に、今回の観測に用いられた、2つの新技術、すなわち、バイスタティックドップラーレーダーと雷放電路の3次元可視化技術について、紹介をかねて解説を行った。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 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年 - 1998年
    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
    競争的資金
  • study on meso-scale precipitating systems
    競争的資金