2013 年 7 月 28 日にバーデン ヴュルテンベルク州ロイトリンゲン市に接近した嵐は、青黒い怪物、つまり高さ数千メートルで喉が荒れた恐ろしい雲の山でした。見た目が恐ろしいのと同じくらい、その効果は破壊的でした。嵐が午後遅くにロイトリンゲンに達したとき、まるで世界が終わるかのように思えました。テニスボールほどの大きさもある数百万のひょうが、市内とシュヴァーベンアルプの北端に沿った最大幅15キロメートルの帯に降り注いだ。
わずか数分で彼らは天窓や雨戸、ソーラーパネルや温室を破壊した。彼らは家のファサードを破壊し、車をへこませ、トウモロコシの植物を押しつぶし、木の葉を剥ぎ取りました。大きな被害を受けたのはロイトリンゲンだけではなく、近くの大学都市テュービンゲンにも雹が降った。そして、この暑い 7 月の午後、他の多くの場所が 500 キロメートルにわたる嵐の進路の下にありました。数カ月後、保険会社は損害額を公表したが、その額は10億ユーロ以上だった。これにより、「ロイトリンゲンひょう嵐」は、過去 30 年間で最も高額なひょう現象となった。
しかし、これは決して特殊なケースではありません。ミュンヘン大学、欧州激しい暴風雨研究所、再保険会社ミュンヘンRE、ドイツ航空宇宙センターによる調査によると、中央ヨーロッパにおける雷雨が発生しやすい気象条件の数は、過去30年間で平均40パーセント増加しています。また、北海など雹がほとんど発生しない地域でも、非常に大きな雹が空から降る雷雨が頻繁に発生しています。 2008 年、ニーダー ザクセン州のエムデンの真上で激しい雷雨が発生しました。フォルクスワーゲンはそこで大規模な工場を運営し、屋外に車を駐車している。当時、ひょうにより新車約３万台が一気に被害を受けた。
被害の増加に伴い、近年、保険会社にとって雹の問題はますます重要になっています。そして、保険業界からの資金援助もあって、ひょうの研究はしばらく前から活発になっている。そしてこれはドイツだけでなく、近隣諸国や米国でも同様です。なぜなら、関心が高まるにつれ、新たな科学プロジェクトを可能にする資金が生まれるからです。
それは都市や草原に影響を及ぼしますか？
「ひょうは非常に小規模な現象であるため、正確に予測することは困難でした」と気象学者のマイケル・クンツ氏は説明します。 「ひょう嵐は都市の上を直接通過するのでしょうか、それとも数キロ離れた草原の上を通過するのでしょうか？破壊に関して言えば、それは大きな違いです。マイケル・クンツ氏はカールスルーエ工科大学（KIT）の大気リスク作業グループを率いています。」彼は洪水、干ばつ、その他の自然災害などのテーマを扱っています。科学者が特にひょうに興味を持っているのは、気象機関が気象レーダーなどの最新の機器を備えているにもかかわらず、この気象現象は今日でも理解するのが非常に難しいためです。
たとえば、ドイツ気象局はドイツ全土に 17 台の大型レーダー システムを運用しており、大規模な雷雨をシームレスに追跡できます。これらの最新の二極レーダーは、水平線と垂直線、つまり 2 つのいわゆる偏波方向で二重のレーダー信号を送信します。これは、嵐の雲の幅と高さを非常によく記録できることを意味します。高く積もって雹を発生させる可能性のある雲も含めてです。また、レーダーは、雷雨が雨、みぞれ、または実際のひょうを引き起こしているかどうかも明らかにします。これは、2 つの異なる偏波レーダー波が水滴、小さなみぞれの粒子、および大きなひょう石によってさまざまな程度に散乱されるためです。
雨レーダー画像は、ひょう雨が移動する可能性がある場所を確認するためにも使用できます。 「しかし、これだけでは正確なひょう警報には十分ではありません」とマイケル・クンツ氏は言う。地面。”
何よりも、雹の研究者には観測データ、つまり雷雨によって雹が発生したかどうかについての正確な情報が不足しています。 「ひょう嵐が何の被害も引き起こさなかった場合、それは報告されず、気象当局によって記録されることもありません」とクンツ氏は言います。 「どの種類の雷雨がいつ雹を発生させるかについてはほとんどわかっていません。また、どのような条件で大小の雹が発生するのかも不明です。」
保険会社からの豊富なデータ
これまでのところ、最も信頼できる雹情報は保険会社から提供されています。被害をもたらした激しいひょう嵐が、いつ、どこで降ったのかを詳細に知ることができます。しかし、ひょう嵐が無人の地形を襲ったとしても、気象研究者は通常、それを知りません。そのため、ひょうデータの収集はこれまで非常に複雑でした。研究者らは、住宅の屋根や気象観測所に「ひょうパッド」を設置するしかなかった。これは、ひょう石でへこみを残す軟質発泡スチロール製のパネルだ。
ひょう嵐の後、ひょうパッドが収集され、写真が撮影されます。画像解析ソフトウェアは、ひょう石の大きさと重さを計算します。 「ひょう石のサイズ分布は、そのような雲の中で何が起こっているかについての貴重な情報を私たちに与えてくれます」とマイケル・クンツ氏は言います。
しかし、パネルを組み立てて再度回収するのは手間がかかります。また、ひょう嵐の直後にパネルを回収できるように、常に天候に注意する必要があります。フランス、スペイン、イタリアには、雹プレートを伴う大規模なネットワークがあります。特にワイン生産者や農家は、あられについてもっと知りたいと考えています。しかし、ドイツでは、ヘイルパッドは体系的に使用されていません。そしてスイスでは、雹パッドが設置されたが、運用されることはなかった。
ひょう通報機能は、2015年から国営気象サービスMeteoSwissの天気アプリで利用できるようになった。そこでユーザーは自分の位置とひょう石のサイズを入力できます。 「現在までに約6万件の雹に関する報告が寄せられている」と、このプロジェクトを科学的に支援しているスイスのひょう専門家オリヴィア・ロンパイネン・マルティウス氏は報告する。 「これは、ひょう予測の改善に役立つ貴重なデータセットです。」
ひょう情報による警報サービス
MeteoSwiss は、長年にわたり、ひょう情報を含む雷雨警報サービスを提供してきました。気象サービスは、気象レーダーからの測定データを使用して、2 つの重要な変数を提供します。1 つは、特定の地域でひょう雨が発生する確率 (ひょうの確率、POH)、もう 1 つは、予想される最大規模です。ひょう石の MESHS (最大予想重度ひょうサイズ)。
しかし、スイスは予測が十分正確ではないという問題も抱えている。 POH 値はすでに非常に信頼性がありますが、MESHS 値の粒径推定はまだ最適化する必要があります。そのため、MeteoSwissはこれまでのところ、天気予報アプリのユーザーにひょう警告メッセージを自動的に送信することを控えている。気象学者は、POH と MESHS の値が妥当かどうかを確認してから、天気予報アプリで発表します。 「住民からの雹の報告を受けて、POH と MESHS のアルゴリズムをさらに最適化したいと考えています」と、スイス モビリア保険から資金提供を受けているベルン大学の研究グループを率いるオリビア ロンパイネン マルティウス氏は言います。
白い点を埋める
「しかし、残念なことに、データは国全体をカバーしているわけではありません」とロンパイネン・マルティウス氏は認める。 「彼らは主にスイスの人口密集地域から来ています。他の分野に関する報告はほとんどありません。オリビア・ロンパイネン・マルティウスと彼女の同僚は現在、これらの空白を埋めたいと考えています。」完全自動化されたひょう測定ネットワークが2020年末までにスイスに設置される予定だ。発泡スチロールのひょうパッドの代わりに、HailSens ひょうセンサーと呼ばれるインテリジェント センサーが使用されます。これらは、中央にセンサーを備えた丸いプラスチックのディスクで構成されています。衝撃時に発生する振動からひょうの大きさを自動計算します。このネットワークは 80 台の測定装置で構成されており、主にひょうのホットスポットに設置されています。
カールスルーエの気象リスク専門家マイケル・クンツ氏とベルンの気候研究者オリヴィア・ロンパイネン＝マルティウス氏は緊密に協力している。クンツ氏はスイスの HailSens のアイデアを採用し、ドイツ南西部の雹発生地域の 10 か所にそのような装置を設置しました。 「しかし、ひょう現象をよりよく理解するには、雲を調べて微物理を理解する必要があります。つまり、ひょうがどのように成長するかを観察する必要があります」とクンツ氏は言います。 2021 年の夏、彼とその従業員、そして国際的な研究者チームは「ストームチェイサー」、つまり米国での竜巻狩りから私たちが知っている「嵐を追う人」になるでしょう。クンツは同僚たちとともに雷雨のなかを運転し、適切なタイミングで雲の怪物に風船を飛ばします。
風船で嵐の雲の中へ
風船はみかんほどの大きさのセンサーを空に運び、嵐の上昇気流がセンサーをさらに引き上げるのに十分な強さになるとすぐに解放されます。センサーが上昇して圧力、湿度、または温度を測定している間、研究者たちは嵐の後ろを運転して、携帯レーダー装置で外側から嵐を観察し、ひょう石を収集します。次に、その地域の気象状況、嵐雲の状況、その中のひょうの大きさの分布など、すべての情報をまとめます。 「これにより、いつ、そしてなぜひょうが特に大きくなるのかについて、より理解が深まることを期待しています」とクンツ氏は言う。
ハリケーンの速度での上昇気流
ひょうが発生する原理はよく知られています。強い雷雨が周囲の地域から暖かく湿った空気を吸い込みます。特に高さ 10,000 メートルに達する嵐雲では、この浮力は巨大になります。空気は最高時速 200 キロメートルで上昇します。より冷たい層に到達すると、水は凝縮して水滴になり、それが運ばれ、最終的には凍結します。氷の塊が冷たい空気層に長く留まるほど、氷の塊は大きくなります。
これは、空気がらせん状に上昇する特殊な形式の雷雨セルである、いわゆるスーパーセルに特に当てはまります。このようなセルは、風向きが高さとともに変化し、雷雲が渦を巻くようになると形成されます。ロイトリンゲンの雷雨の怪物も、回転するスーパーセルでした。
氷の結晶が旋回すると、嵐の雲の中で過ごす時間が長くなり、特に大きな粒に成長する可能性があります。 「古典的な理論が示唆しているように、雷雲の中でひょうが降ったり降ったりして成長し続けることは起こりますが、それは規則ではありません」とクンツ氏は言う。 「雹は通常、舞い上がって成長します。雲の浮力が十分ではなくなるほど重くなった場合にのみ沈みます。」
古典的な理論は否定されました
研究者らがひょう石の軌道を計算するために使用した現在のコンピュータシミュレーションは、ひょう石が上昇および下降するという一般的な理論が正しくないことを示している。これに加えて、米国の大胆なひょう研究者の結果が挙げられます。長年にわたり、小型プロペラ機のパイロットは、大きな嵐雲やスーパーセルに繰り返し飛び込みました。雹衝撃センサー、気圧計、温度計、その他の機器が各飛行のデータを自動的に記録しました。この航空機はプラスチックパネルで強化されており、40年間耐久されました。しかし、2003 年にエンジン故障により最終的に休止されました。
「嵐雲の内部に関する私たちの知識の多くは、これらの飛行から得られます」とセントラルミシガン大学の気象学者ジョン・アレンは言う。 「これが、例えば、米国のすべての大きなひょうの 95 パーセントがスーパーセルによって発生していることがわかっている理由です。それでも、嵐の雲の中を短時間飛行するのは、常に通過するだけだったということです。」と彼は言います。雹が雷雲の中を移動するときに、いつどのように成長するかについては、まだ完全な把握ができていません。
マイケル・クンツ氏は、ドイツのどの地域が特にひょう嵐の危険にさらされているかを知っています。この気象学者は、KIT のチームと協力して、レーダー データからひょう嵐のリスクを判断する方法を開発しました。最終的に大規模な雹害に対する支払いをしなければならない保険会社は、200年に一度の現象がどのくらいの頻度で発生し、それがどのような損害を引き起こす可能性があるかを知りたいと考えています。これらは統計的には 200 年に 1 回しか発生しない極端な嵐です。
欧州連合の規制であるソルベンシー II 指令によれば、保険会社は 200 年に一度発生した事象を自社のリソースで補償するか、再保険でカバーする義務があります。 「どの地域でどのくらいの頻度でひょう嵐が予想されるかがわかれば、この情報を建物ストックの地図と結びつけることができ、最大の被害レベルを推定することができます」と SV Sparkassenversicherung の元取締役であるクラウス ゼーナー氏は述べています。 「マイケル・クンツと彼の同僚は、計算モデルで必要な情報を提供します。」
黒い森の雹ホットスポット
クンツ氏のひょう分析の結果は、ひょう雨が主にドイツの暖かい南西部、特にシュヴァルツヴァルトなどの山脈の風下側で発生することを示した。南西から来る暖かく湿った気団が黒い森を左右に通り過ぎます。風下側では再び衝突し、上方に移動します。このようにして、特にロイトリンゲンが位置する場所では、大きくて高い嵐雲が蓄積する可能性があります。理論についてはこれくらいです。 2021 年のストームチェイス実験では、大部分のケースでこれが実際に当てはまるかどうかが示されるでしょう。
ドイツで激しい雷雨が増えているのは気候変動のせいでしょうか?マイケル・クンツはそれを知りません。 「しかし、一つ確かなことは、暖かくなるとより多くの水が蒸発するということです。それが雷雨の原因です」とKITの科学者は言います。しかし、度重なる熱波や干ばつにより乾燥が進むと蒸発量が減少します。その後、雷雨の発生頻度は低くなります。さらに、大規模な気象現象は、高気圧と低気圧、または大気の上層での強い風の流れ、いわゆるジェット気流など、雷雨の形成に影響を与えます。 「気候変動に伴ってこれがどのように変化するかを理解して初めて、雷雨への影響を推定することができます」とクンツ氏は言う。
しかし、ミヒャエル・クンツ氏はこう確信している。ドイツ南部のひょうパイロットは、ひょうに対してはほとんど何もできない。これらのプロペラ飛行機は、大きな嵐前線が接近するときに、農家やワイン生産者に代わって何十年も飛行してきました。それから彼らは立ち上がり、アセトンとヨウ化銀の溶液をスプレーします。粒子は凍結に必要な氷核として機能します。
クラウドシーディングは効果がありません
希望: 大きな雹が数個降る代わりに、小さな雹が多数発生し、被害が少なくなるか、地面に落ちる途中で完全に溶けて雨粒になることもあります。しかし、ひょう操縦士の活動と保険会社の損害データを比較すると、異なる状況が示されたとマイケル・クンツ氏は報告している。「ひょう操縦士が空中にいるかどうかに関係なく、ひょうは発生します。私たちのデータでは、航空機の使用によって被害が軽減されたとは考えられません。」
