「河口湖」における降水の時間分布について
by Isoji MIYAGI @ Geological Survey of Japan, AIST
- by 宮城磯治 (産総研・深部センター)
- 作成日：平成１５年６月２４日(火)
- 変更日：平成１５年６月２６日(木)
- デザイン変更：2008年1月7日月曜日
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問題提起
私たちは長年の経験から，雨の降りかたには時間的な「ムラ」があることを知っています．たとえば，関東地方では初夏に比較的多くの雨が降るのが普通で，それは梅雨と呼ばれています．もっと短かいスケールでも，雨の降りかたにはムラがあります．たとえば，雨の日は何10日も続かないのが普通です．では，もっと長い時間スケール，5年，10年，100年を考えたとき，雨の降りかたにはどのようなムラがあるのでしょうか？．
この疑問について考えるため，気象庁のデータを用いて，「河口湖」における降水量の時間分布を調べてみました．この場所を選んだ理由は，富士五湖のうち本栖湖，精進湖，西湖は5〜10年ごとに水位が10m近くも上下することが知られており，変動のメカニズムに筆者が興味を持ったからです．まずは，湖の水源となっている「降水」の時間変化を調査しようというわけです．
結果
河口湖における雨の降りかたの時間分布を調べたところ，おおきく分けて二種類の降りかたがあることがわかりました．ひとつは「定常的な降水(基本給？)」的な降りかたで，このうち基本給部分は，1年周期で規則的に変動するものの，ここ数10年は，一定とみなせる降水です．うひとつは「突発的な降水(ボーナス？)」的な降りかたで，8〜11年の周期で増減していることがわかりました．河口湖の降水量は8〜11年の周期で増減していますが，それは基本給が増減しているためではなく，ボーナスが8〜11年周期で変化していたためだった，と解釈できそうです．
解析法
考えるための材料：
気象庁電子閲覧室から，「日付」と「雨量(ミリメートル)」を得ました．
下ごしらえ：
・計算しやすくするため，日付を数値(1904.1.1からの日数)に変換しました．
・雨量の多少を評価しやすくするため，雨量を2mmを1単位とした「個数」として扱かいます．※たとえばその日の降水量が1.5mmならその日の雨粒は0個，8mmなら同じ日付の雨粒は4個とします．これを全ての降雨日について行ないます．すると，様々な日付の多数の雨粒を思い浮べることができるでしょう．
解析法：
全ての雨粒について，お互いの「日数差」を計算します．たとえば同じ日の雨粒では，日数差がゼロです．今日とその1週間前の雨粒では，日数差は7です．日数差ごとに雨粒のペアを数えあげ，日数差を横軸にしてグラフに表示します．全ての雨粒について行なうので，パソコンなしではちょっと，やる気が起きませんね，．
基本的にはこのページ→(雨と噴火の関連性について)の「噴火日から降雨日までの日数」と同じ解析手法です．
同じ手法をつかって「ランダムなデータ」を解析した場合には，こちらのページ→(二体相関：ランダムなデータの場合)のようになります．※：データには数理設計研究所の「マクスウエルの悪魔」さんが作成した乱数を使用させていただきました．
解析結果
おっと，その前に元データはこれ↓です．
横軸は時間(ここでは1961年1月1日からの日数)，縦軸は日降水量(mm)です．
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横幅10日でのヒストグラム．日数差0は，「全ての雨粒が降った当日」という位置付けです．ここが最大なの理由は，全ての雨粒は自分自身とペア(日数差ゼロ)なのと，同じ日に複数の雨粒が降っているからです．ここから中心に，日数差が大きいほど，離れた日に降った雨になります．日数差が2までは数が減少しますが，それ以上離れてもペアの数ほぼ一定になります．このことから，雨粒は3日程度のクラスターをつくっていることがわかります．また，それを越える日数では，雨の降り方は「ほぼ」ランダムであることがわかります．
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上の図と同じものですが，横軸の幅を20日にとり，縦軸を拡大しました．ひとつ前の図では，日数差が2以上離れたペアの数はほぼランダムにみえました．しかしよくみると，ゆらぎがあることがわかります．7日と14日あたりに凹みがあります．このことから，基本的には雨は3日程度の時間的クラスターを形成するが，8日程度のクラスターを形成するケースも多少あることを示しています．また，11日のところの凸は，クラスター同士の間隔を示しています．つまり，降雨日の11日後にまた雨が降りやすいことを示しています．
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これも上の図と同じもので，横幅を180日にしました．これもみると，雨のペア数は安定したベースラインを形成していることがわかります．ベースラインは時間とともにゆるやかに低下することがわかります．しかし40日後のところには，ベースラインより高い値が散在しています．これらは定常的な降雨(ベースライン)とは別の，突発的にもたらされる大雨と考えられます．それらは約40日の間隔をもっています．この間隔は，「梅雨」，「台風シーズン」，「集中豪雨のシーズン(？)」，「秋雨」というように，一年の中に存在する複数の雨期(雨のクラスター)の間隔を示していると思われます．
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同様に，横幅を720日(本当は730がよかったが)にしました．ひとつ前の図ではベースラインが時間とともにゆっくり低下するように見えましたが，この図ではそれは1年周期の一部を見ていたことがわかります．すなわち，雨は1年間隔のクラスターを形成しています．約40日後と，約360日後と，700日後のところには，ベースラインを越える値が散在しています．梅雨や台風がほぼ1年の周期でくりかえしやってくることを示しています．
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同様に，横幅を7200日(約20年)にしました．ベースラインに分析点が集中し赤くつぶれています．ベースラインは1年の周期で規則正しく上下するものの，基本的に一定(※1)であることがわかります．
それに対して，ベースラインを越えた所に散在する値(赤くつぶれた線の上方に散在している)は一定ではなく，数年の周期で増減しています．原点から右にみてゆくと，それらは急減し，約5年のところに谷がみられます．しかしその後は増えてゆき，約3000日(8.2年)と約4000日(11年)，約6500日(17.8年)のところで山をつくっています．
こうイメージするとわかりやすいかもしれません．基本給は安定していて，ボーナスの量が8〜10年周期で増減する，，と．
このことから，河口湖の降水にはベースライン(年周期で変動するが安定)に，8〜11年の周期で増減する成分が加わっていることがわかります．この成分が多い時期は結果的に雨の多くなります．そのような時期は約5年の長さをもっていることがわかります．
この周期が何故おこるのか，ボーナスが何故8〜10年周期で増減するのかは，よくわかりません．
※1：右に行くほどベースラインがゆっくり低下してゆくように見えますが，これは明らかに人為的なものです．これは降雨日のデータの端にちかづいたことが原因で，本当は一定になるはずです．これを防ぐにはデータの解析幅を狭めればよいのですが，せっかくのデータを一部捨てることになるので，していません．とりあえず，気にしないでください．下図参照↓↓．
解析に使用したデータの端付近までプロットしたもの．残念ながら手持ちのデータでは，100年のタイムスケールを見ることはできません，，，．