University of the Ryukyus · Faculty of Science · 教授

Research keywordsメソスケール気象学, 熱帯気象学, 台風, レーダー気象学・Eye・Typhoon・Meteorology・Tropical・cyclone・Atmospheric・sciences

Research fields気象学

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• Domain knowledge integration into deep learning for typhoon intensity classification2021 · <title>Abstract</title>In this report, we propose a deep learning technique for high-accuracy estimation of the intensity class of a typhoon from a single satellite image, by incorporating meteorological domain knowledge. By using the Visual Geometric Group’s model, VGG-16, with images preprocessed with fisheye distortion, which enhances a typhoon’s eye, eyewall, and cloud distribution, we achieved much higher classification accuracy than that of a previous study, even with sequential-split validation. Through comparison of t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE) plots for the feature maps of VGG with the original satellite images, we also verified that the fisheye preprocessing facilitated cluster formation, suggesting that our model could successfully extract image features related to the typhoon intensity class. Moreover, gradient-weighted class activation mapping (Grad-CAM) was applied to highlight the eye and the cloud distributions surrounding the eye, which are important regions for intensity classification; the results suggest that our model qualitatively gained a viewpoint similar to that of domain experts. A series of analyses revealed that the data-driven approach using only deep learning has limitations, and the integration of domain knowledge could bring new breakthroughs.
• この論文にアクセスする DOI2021
• Stationary and Transient Asymmetric Features in Tropical Cyclone Eye with Wavenumber-one Instability: Case Study for Typhoon Haishen (2020) with Atmospheric Motion Vectors from 30-second Imaging2020 · Abstract Dynamics of low-level flows in the eye of Typhoon Haishen (2020) in its late phase of intensification are investigated with a special rapid-scan observation of the Himawari-8 geosynchronous satellite conducted every 30 seconds. This is accomplished by deriving storm-relative atmospheric motion vectors at an unprecedentedly high spatiotemporal resolution by tracking clouds across five consecutive visible-light reflectivity. The overall low-level circulation center was situated several kilometers away from the storm center defined in terms of the inner edge of the lower part of eyewall clouds. The shift direction is rearward the storm translation, consistently with a numerical study of tropical cyclone (TC) boundary layer. Over the analysis period of 10 hours, azimuthal-mean tangential wind around this center was increased at each radius within the eye, and the rotational angular velocity was nearly homogenized. The instantaneous low-level circulation center is found to orbit around the overall circulation center at distances around 5 km. Its orbital angular speed was close to the maximum angular speed of azimuthal-mean tangential winds. This rotating transient disturbance is found to transport angular momentum inward, which explains the tangential wind increase and the angular velocity homogenization in the eye. These features are consistent with an algebraically growing wavenumber-1 barotropic instability, whose impact on TC structures has not been explored. This instability enhances wavenuber-1 asymmetry in ring shaped vorticity, which can be induced by various processes such as translation, environmental shear, and exponential barotropic instability. Therefore, it may appear broadly in TCs to affect wind distribution in their eyes.
• この論文にアクセスする DOI2020

• 東シナ海の大気海洋変動に伴う集中豪雨発生のメカニズム解明2022 · 梅雨期の東シナ海では、海面付近の南寄りの風と、対流圏上層の北寄りの風で構成される大気循環が発生する。この大気循環の強まりが梅雨前線帯での集中豪雨の発生に寄与すると考えられる。本研究では、大気循環の運動学的、熱力学的な変動のメカニズムを、日変化の時間スケールで解明することを目的とする。南西諸島における高頻度のラジオゾンデ高層観測と、高頻度の静止衛星雲画像から得られる大気追跡風を用いた解析により、日変化の実態を明らかにする。この観測データをもとに、大気海洋結合モデルを用いた数値シミュレーションを実施し、東シナ海における大気循環の短時間変動による集中豪雨の発生メカニズムを明らかにする。
• 航空機観測によるスーパー台風の力学的・熱力学的構造と強化プロセスの解明2021 · 基盤研究(S)
• 台風等に対する航空機搭載フェーズドアレイ気象レーダによる観測システムの構築2019 · 初年度の計画として、航空機搭載のマルチパラメータ・フェーズドアレイレーダの観測要求およびシステム設計を行うことと、既存の観測（人工衛星搭載レーダおよび地上のマルチパラメータ・フェーズドアレイレーダ）を用いた雲物理量・運動場に関する解析研究を計画している。 観測シミュレーションシステムの構築に用いる台風の3次元データを数値雲モデル（CReSS）を用いて実施した。 台風観測におけるレーダへの要求条件の整理に関して、地上レーダを用いた台風内の風速場を再現する研究を行い航空機搭載レーダのドップラー速観測に対する要求を明らかにした。 これらを要求をもとに、既存の地上のフェーズドアレイ気象レーダの諸元（研究協力者のメーカ情報）および、航空機へのレーダ搭載性（研究協力者の航空機事業者による）から、航空機搭載レーダのアンテナのサイズや走査、送信出力などの性能を定めた。そのレーダの性能を用いて、台風観測による飛行経路と観測可能範囲および感度についての検討を行った。次年度の研究の前倒しして、台風の目を中心とした同心円の飛行パターンを想定して観測シミュレーションを行った。特に、飛行経路（航空機の軌跡）の決定と走査パターンからレーダビームの位置の決定を行うところが、実際の観測実験を想定した観測シミュレーションシステムの基本技術になる。今回は、簡易的な降水システムを想定し、観測シミュレーションで的確に観測できることを確認した。さらに、台風観測において観測性能を保てる観測半径を評価した。 また、台風内の温度構造や降水粒子タイプの分布は台風の発達に重要であることから、人工衛星搭載レーダの観測データを用いて、固体層と液体層を分離する手法を開発した。また、地上設置のマルチパラメータレーダを用いて既存論文に基づく降水粒子タイプの分類手法を評価した。
• 台風強度を規定するアウトフローレイヤーの氷晶粒子直接観測と上層加熱率推定

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