Development of observation method to analyze the formation of heavy rainfall with dual-polarized radar. Where is big raindrops formed?
| Project/Area Number |
20K04092
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17030:Human geosciences-related
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
足立 アホロ 気象庁気象研究所, 台風・災害気象研究部, 室長 (80354520)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石元 裕史 気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 室長 (70281136)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 二重偏波レーダー / 雨滴粒径分布 / 偏波パラメータ / レーダーシミュレーター / 雨滴粒径分布推定 / 雨の粒径分布推定 / 温度依存性 / 雨の粒径分布 / 豪雨 |
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| Outline of Research at the Start |
豪雨をもたらす積乱雲の内部では大粒の雨が多数形成されている。そこで雲内の雨の大きさが推定できれば、危険な雲とそうでない雲を事前に探知できる可能性がある。しかし積乱雲の内部は雨風に加え雷があり航空機による観測は困難である。その一方レーダーによる雨粒の大きさの推定精度は、計算の複雑さから従来は不十分であった。そこで本研究ではこれまで開発してきたレーダーシミュレーターを改良し、二重偏波レーダーの観測と組み合わせることで、雲内部の雨の粒径分布（単位体積の大気中に、直径何ミリの雨がそれぞれ何個あるか）を高精度に推定する手法を開発し、大粒の雨がどこで生成しているかを調べ豪雨の発生メカニズムの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の中心となるのは、レーダーシミュレーターの開発と、これを用いた二重偏波レーダーで観測される偏波パラメータから雨の粒径分布を推定する手法の開発である。雨の粒径分布は単位体積の大気中の各雨粒の数をその大きさ別に表したもので、平均直径(D0)、数密度(Nw)、形状指数(μ)の3個のパラメータで規定されるガンマ函数で近似できることが知られている。粒径分布が分かれば降水強度など単位体積の大気中の雨に関する平均値のほか、これを構成する雨粒の大きさと個数も分かるため、大粒の雨の有無や、時間変化から雲の中で雨がどのように成長しているかも推定できる。粒径分布の3つのパラメータのうちμは各直径の雨粒の個数の割合を表すため、雨滴成長の解析に重要である。しかし形状指数の水底には理論的には非線形方程式を解く必要があり、これまで偏波パラメータから解析的に推定することは世界的にもされていなかった。そこで本課題ではシミュレーターを改良し、相関係数(ρhv)からμを推定する手法を開発した。相関係数は偏波レーダーで得られるデータの一つであるがこれまで定量的に利用されてこなかった。これは、従来のレーダーの出力が時間的に不安定なため、観測精度が不十分であったためである。しかし本研究で用いるレーダーは送信素子に従来のような真空管ではなくトランジスタで構成され出力が格段に安定しているためρhvは理論値に極めて近く利用が可能となった。そこで本課題ではシミュレーターを高度化し、平均直径(D0)、数密度(Nw)だけでなく、相関係数(ρhv)からμを推定する手法の開発と改良を行った。この手法を用いて強雨の1事例の解析を行い、地上観測と比較し精度検証をしたところ、比較的よく一致した。この結果については国際学会などで発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度から引き続きレーダーシミュレーターの開発と改良を行い、粒径分布パラメータから偏波パラメータを推定するテーブルを作成し、特に相関係数から形状指数を推定するテーブルの計算を行った。昨年度末にかなり強い雨（180mm/h）を地上観測装置で観測できたためこれを元に今回作成したテーブルを用いたアルゴリズムの検証を行なった。検証の結果、粒径分布を表すパラメータのうち、平均直径(D0)と形状指数(μ)については標準偏差がそれぞれ0.4 (mm)、3（無次元）程度の精度があるなど、比較的良い結果が得られた。これらの結果については日本気象学会やアメリカ気象学会で公表した。まだ検証事例が１例と限られているため強雨の事例を待って検証の精度を高めていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きレーダーシミュレーターの改良を行うとともに、観測されたレーダーデータがシミュレーターの結果と整合するよう、観測データの品質管理を適切に行う方法や移動平均を行う幅の最適化などを検討する。また精度検証にあたって、レーダーで観測する雨は上空であり、これが地上の観測装置で観測されるまでの時間差や風による移流を考慮するアルゴリズムを組み込む。さらに、大雨は局所的に発生し必ずしも既設の地上観測装置で常に観測できるわけではないので、大雨の頻度が多い場所に既存の装置を移設する他、同様な装置の増設を行い観測事例を増やし検証の精度を向上させる。
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
