【気象庁主任研究官が教える】これだけ科学が発達しているのになぜ天気予報は外れるの？ - ダイヤモンド・オンライン

空が青い理由、彩雲と出会う方法、豪雨はなぜ起こるのか、龍の巣の正体、天使の梯子を愛でる、天気予報の裏を読む…。空は美しい。そして、ただ美しいだけではなく、私たちが気象を理解するためのヒントに満ちている。SNSフォロワー数40万人を超える人気雲研究者の荒木健太郎氏（@arakencloud）が「雲愛」に貫かれた視点から、空、雲、天気についてのはなしや、気象学という学問の面白さを紹介する『読み終えた瞬間、空が美しく見える気象のはなし』が発刊された。西成活裕氏（東京大学教授）「あらゆる人におすすめしたい。壮大なスケールで「知的好奇心」を満たしてくれる素敵な本だ」、鎌田浩毅氏（京都大学名誉教授）「美しい空や雲の話から気象学の最先端までを面白く読ませる。数学ができない文系の人こそ読むべき凄い本である」、斉田季実治氏（気象予報士、「NHKニュースウオッチ９」で気象情報を担当）「空は「いつ」「どこ」にいても楽しむことができる最高のエンターテインメントだと教えてくれる本。あすの空が待ち遠しくなります」と絶賛されたその内容の一部を紹介します。

Photo: Adobe Stock

予測が難しい理由

　私たちの暮らしには「天気予報」が欠かせません。傘を持つか、服装をどうするか、外出予定の判断など、日常的に使われています。

　しかし、「これだけ科学が発達しているのになぜ天気予報は外れるのか？」と疑問に思う方もいるかもしれません。

　天気予報のベースとなる数値予報では、観測データをもとに仮想の三次元の大気を作り、それを出発点にして、運動方程式で将来の状態を予測しています。

　このシミュレーションの解像度に対して、現象が小さいと予測が難しくなります。たとえば水平方向の解像度が五キロメートルのモデルの場合、天気図に出てくる低気圧などは内部の構造も含めて表現できますが、一つひとつの積乱雲や、竜巻は小さすぎて表現できません。

　また、計算の元になる初期値には誤差がつきものです。

バタフライ・エフェクト

　大気の運動には「初期値の小さな差が時間とともに増大する」というカオス（混沌）的な性質があり、ちょっとした誤差でも、時間が経つと無視できない大きさに成長します。

　小さな揺らぎが時間の経過に伴って遠くに伝わるうちに、大きな振幅になる――この概念は、アメリカの気象学者エドワード・ローレンツ（一九一七―二〇〇八）が一九七二年に発表したものです。

　彼は「ブラジルでの蝶の羽ばたきはテキサスで竜巻を引き起こすか」という演題で発表したため、この概念は「バタフライ・エフェクト」と呼ばれています。

　出発点が少しでもずれていると、正しく計算しても、様々な要因を引き起こして現実とは違った未来を導き出してしまうのです。

　週間天気予報などの中期的な予報、季節予報などの長期的な予報、台風の予報、どの場合でもカオスの問題は避けて通れません。

　そこで、カオスの性質を逆に利用し、誤差をあらかじめ与えて、複数のシミュレーションを実行し、結果のばらつきからどのくらい天気が変わりやすいかを判断する「アンサンブル予報」が使われています。台風情報に使われる予報円も、アンサンブル予報によるものです。

　予報円とは、「予報する時間に台風の中心がある確率が七〇パーセント」の円です。先になるほど円が大きくなりますが、台風そのものの規模が大きくなるという意味ではありません。誤解している人も多いのですが、予測の不確実性が時間とともに大きくなることを示しています。

　気象庁のウェブサイトの週間天気予報には、A～Cの信頼度がついています。これもアンサンブル予報の結果を利用したものです。

　降水があるかないかの予報について、その適中率が明日の予報並みに高いのがAです。続いてB、Cの順で確度が下がります。

微粒子が雲を変える

　天気予報が外れる理由として、私たちがまだ気象を十分に理解できていないということも挙げられます。そのうち、特に「雲」の研究は発展途上です。

　ほとんどの雲は、大気中の微粒子、「エアロゾル」を核として発生しています。空が湿っている日に、煙突から出た煙がそのまま雲になることがあります。

　あれは、まさに煙突から出た煙が核として働き、雲を作っているところなのです。エアロゾルが雲や降水に与える影響については、特に背の低い水滴だけでできた水雲についてはある程度解明されつつあります。エアロゾルが少ない場合には、発生する雲粒の数が減るので、雲粒一つあたりが成長するために使える水蒸気の量が増えます。

　すると、雲粒がすぐに成長して雨になるため、雨量は増え、雲の寿命が短くなります。逆にエアロゾルの多い空では、雲粒の数が増えるので、雲粒一つあたりの消費できる水蒸気量が減り、雲粒はなかなか成長できなくなります。

　その結果、雨量は減り、雲の寿命が長くなるのです。このことは、地球温暖化の予測にとても重要です。

　雲は太陽からの放射を反射することで、基本的には地球の温度を下げる役割を持っています。雲の寿命や量が変われば、そのぶん太陽放射をどのくらい反射するかが変化するので、地球の温度にも影響するのです。

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December 16, 2023 at 02:12AM
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