研究業績の概要
水工学と気象学の融合、すなわち、工学と理学の融合という意味で、気象工学の確立を降水に関して押し進めてきた。すなわち、短時間降雨予測手法等のレーダー情報の物理的な有効利用手法の開発や，物理的かつ確率統計的解析を通して、様々な側面においてレーダーリモートセンシングの水工学への高度利用を図ってきた。
（１） ３次元レーダー情報を用いた大気物理量の抽出（リトリーバル）手法の開発
リモートセンシング情報から、現象の物理方程式を通して、リモートセンシングでは直接測定できない物理変数の時・空間分布を抽出することをリトリーバルという。そのうち、これまであまり利用されてこなかった３次元レーダーによって時々刻々と捉えられる降水（量）の立体構造化から、降水粒子の連続式を通して、水蒸気から降水の水蒸気相変化量をリトリーバルする手法を開発した。さらには、大気の熱力学方程式をも加えることにより、大気の鉛直流れをも同時にリトリーバルする手法を開発した。これらは、水工学と気象学の融合という意味で土木工学だけでなく気象学の分野からも高い評価を得るとともに、土木学会水工学奨励賞を得ている。
（２） レーダーを用いた短時間降雨予測手法の開発
数時間先の降雨分布を数kmの空間分解能で予測する手法は短時間降雨予測手法と呼ばれ，それまで実用化されていたのはレーダー情報からの降雨分布の変動パターンを時間的に外挿させるという数理工学的な手法であった。しかし，実用上予測が可能なのは１時間程度先までである。一方、大気の物理方程式を数値的に積分する数値予報では、予報される時間空間分解能がレーダー情報に比して格段に粗かった。そこで，大気の水・熱収支を取り入れた「降雨の概念モデル」を開発することによってそのスケール間のギャップを橋渡し、加えて(1)で述べた３次元レーダーを用いたリトリーバル手法を利用してモデルパラメータを推定する手法を開発することにより、３次元レーダーを用いた短時間降雨予測手法を開発した．従来の数理工学的な手法では予測できなかった山岳域での雨域の発生，発達，衰弱を予測できるなどの結果を出し，国土交通省（旧建設省）で平成7年度から試験運用が開始され、平成12年度から本運用され、近畿地方整備局のすべての事務所に予測結果が配信されている。
また、平成12年度に国土交通省の一部のレーダーがドップラーレーダー化され、大気風速の一成分が観測可能となるに伴い、上記予測手モデルを大気の運動方程式を加味したものに発展させた独自のモデルを通して、最先端の課題となっているドップラーレーダー情報の４次元同化手法を平成15年度末に、プロトタイプとして実現している．
（３） 水工学的利用を目的とした降雨場の解析と利用手法の開発
降雨場解析の一方法に，大気の力学過程と雲物理過程の支配方程式を数値的に積分する数値シミュレーションによる方法があるが、継続して独自の数値モデルの開発を行い地形分布を考慮した豪雨の３次元シミュレーション解析を可能としてきた．その結果特に，大気下層の水蒸気の流れ，地形と降雨の生成・発達の関係を調査し，(2)の降雨予測手法で用いられている「降雨の概念モデル」を開発した．また、同様の取り組みは、以下で示すレーダーを用いた降雨場解析の結果の証明にも用いている。また，地形を考慮した数値計算から得られる水蒸気量や大気の不安定度をもとに、治水計画で重要となる可能最大降水量のきめ細かな空間分布の推定手法を開発している。一方では，気候変動予測の一つの鍵となる素過程として，土壌水分布や都市熱と降水分布との相互作用にも解析対象を広げている。
もう一つの降雨場の解析の方法としてレーダー情報によるものがある。まず、那須豪雨、東海豪雨等の山岳地形と都市が複合して生起していると考えられる豪雨事例に関し、レーダー情報によりその生起・伝播過程の解析を詳細に行うとともに、単なる画像解析にとどめることなく、様々な大気の力学的指標や波の伝播特性との関連性を示唆することにより、昨今顕著になりつつある都市域での豪雨のポテンシャル予測の可能性を示唆した。
また、雨滴粒径分布の鉛直分布を間接観測できる京都大学宙空電波科学研究センター（現、生存圏研究所）所有のMUレーダー情報を用いてその鉛直分布をモデル化し，３次元観測レーダーや通常レーダーによる地上降雨量の推定精度向上手法を提案した．一方，現在も殆ど利用されていない数年にわたる地上レーダー観測情報を利用し，時間積算降雨分布の地形依存性に時間的なスケール階層構造の存在を確認し、あわせてその地形依存性のモデル化に成功している。さらには、雨量計やレーダーの存在しない世界の多くの地域で利用するために、時間間欠的な衛星搭載降水レーダー情報による陸域の月降雨量分布推定手法の開発を、本地形依存性モデルを利用して実現するとともに、本モデルが世界の各地域で成立することを明らかにした。
（４） 地形、河道網をベースにした降雨―流出過程のスケール依存性の解析
まず、河道網系kinematic waveモデルの集中化を行った。これは、分布化の基準が明確でない「集中型流出モデル」を分布化するのではなく、分布型モデルであるkinematic waveモデルを出発点として、「集中化」の方法と集中化誤差構造を議論して集中化の基準を与えたものである。具体的には、地形パターン関数をベースに河道網系モデルを単一要素kinematic waveモデルによって近似し、その単一要素モデルを用いて分割個数（スケール）と誤差の関係を統一的に求めておくことにより、複雑な河道網系の流出計算を繰り返さずに、許容誤差に応じた河道網系分割数が決定可能なシステムを構築した。
一方、高空間時間分解能を有するレーダー観測降雨情報は分布型流出モデルの入力として直接的に利用可能である。が、降雨推定精度にある程度の誤差があるとの一般的な過大な認識から、特にわが国では洪水予測や解析への定量的な入力情報に十分活用されていない。しかし、高時間空間分解能をもつ情報であるとの有効性が勝る場合は、レーダー情報を定量的な入力として大いに活用すべきである。しかし、様々な利用場面を想定した定量的な有効性指標がまだまだ不十分である。そこで、都市河川を含む中小河川のスケールでの有効性を、流域スケールや地形則、河道網則をパラメータとして明らかにする試みのスタートとして、分布型流出モデルをベースに実流域の流域スケールを仮想的に変更することにより、有効性を検証した。
（５） 気候変動と異常降雨
これまで、確率統計的解析をベースに進めてきた。将来的には、自然的にも社会的にも都市化とも併せて解析を進めてゆくべき課題であるので、詳細は「研究計画及び抱負」で述べる。これまで行ってきた１つは、年降水量をベースに多雨年や少雨年が生起したという条件付で翌年は、少雨年や多雨年になる傾向があるかという解析であり、結果的にその傾向があり、その場合水利用の立場でダムの経年貯留の有効性を示唆した。２つ目は、様々な流域特性に応じた形で、様々な降雨継続時間を総合的に考えた場合に、世界各地域での異常降雨の出現が客観的にどういう空間分布で推移してきているかを問う解析を行い、この10年の異常さが増してきているという結果を得ている．
（６）
都市・地域規模における水・熱循環の動態解析
豪雨をもたらす降水システム発生の引き金となる地表面からの水・熱の供給の影響の解明は今も大きな課題である。都市から放出される顕熱はもとより、水田等の水体も潜熱（水蒸気）を大気に供給し大気中で潜熱を放出することにより降水システム発生の引き金になる。そこで、地表面からの水・熱循環を考慮できるメソスケールの数値気象モデルを開発することによって、大気構造の熱的な不安程度とこれらの引き金の影響度を解析し、あらためて都市規模の顕熱放出の豪雨発生への重大性を示唆した。
一方、都市内においては内部の熱環境そのものが人々に大きな影響を与える。しかし、上記のような降水現象のへの影響とは異なり、人間を対象とした都市計画で対象とされる空間スケールは，一戸の建物よりも大きく都市全体の面積よりも小さい１つの街区程度である場合が多い。したがって、実際に必要とされる数値モデルは、メソスケールの気象モデルの特性を備え、建物や植生によって形成される都市キャノピー内の放射特性や大気の流れに与える影響を含む必要があった。そのため、街区スケールの熱環境予測に適用するための数値モデルを開発し、琵琶湖プロジェクトで集中観測を実施した実際の街区に適用し、ウォーターフロントの都市における熱環境評価を可能とした。