2015 Fiscal Year Research-status Report
二重偏波レーダーによる豪雨の高精度直前予測手法の開発
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15K01273
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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, 気象衛星・観測システム研究部, 主任研究官 (80354520)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石元 裕史 気象庁気象研究所, 気象衛星・観測システム研究部, 室長 (70281136)
南雲 信宏 気象庁気象研究所, 気象衛星・観測システム研究部, 研究官 (30624960)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 二重偏波レーダー / 降水の粒径分布 / 降水強度推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年多発している「ゲリラ豪雨」は数値モデルによる予測がまだ困難なため、事前に気象レーダーによる観測で捉えることが重要である。通常の気象レーダーはアンテナから電波を発射し、雨粒に反射され戻ってきた信号の強さから降水強度を推定している。しかしこの方法の誤差は100％にも及ぶことがある。これは降水強度が単位体積当たりの雨粒の数と雨粒の大きさ（これを粒径分布と呼ぶ）に依存するため、受信信号強度だけから降水強度を精度よく推定することができないためであることが知られている。このため本研究では、二重偏波レーダーのデータを用いて雲内部の粒径分布を推定し，これから降水強度を高精度に推定する手法を開発することが目的に含まれる。
これに対し、本研究では今年度、本人がこれまで開発したレーダーシミュレーターの計算を元に、レーダーで観測された偏波パラメータだけを用いて、理論的に粒径分布を推定するという、従来は困難とされていた手法を開発した。この手法は従来の手法に必須であった地上参照観測や経験式を必要としないという特徴がある。この結果について国際会議などで発表すると共に、国際学術誌に投稿／公開した (Adachi et al. 2015)。
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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
当初計画していた今年度の研究は、レーダーで観測された偏波パラメータだけを用いて、理論的に粒径分布を推定する手法を開発することであった。二重偏波レーダーの観測データから降水の粒径分布を推定する手法は、過去これまでにいくつか提案されているが、いずれも経験式や近似式などを用いている。このような経験式／近似式は雨の種類や場所、時刻、雨滴の温度（気温）によって変わることが理論的には明らかであり、これを用いて推定される降水強度の精度は不十分であった。そこで本研究ではこれまで開発したレーダーシミュレーターの計算を元に二重偏波レーダーの観測から粒径分布を理論的に推定する新しい手法を、開発することができた。
この手法は二重偏波レーダーのデータと電波の波長、雨滴の温度を与えれば、理論的に粒径分布を決定でき、従って降水強度も高精度に推定することができる。このうち雨滴の温度については、気象庁が気象予報に用いている上空の気温の値を用いれば十分精度よく推定できることも分かった。現在のところ、まだマニュアルで最適値を決める部分が残されている（最適値かどうかはRMSEで客観的に判断できる）ため、解析にはやや時間がかかるという問題がある。解析に時間がかかるため得られたデータ数は少ないものの、地上観測と比較した結果、十分高い精度で粒径分布が推定できていることが分かった。その結果については国際学会などで発表すると共に国際学術誌に投稿し公開された。
一方、今回開発したアルゴリズムは雨滴のみを対象とし、雪やあられなどの氷粒子は考慮していない。しかし実際の上空では氷粒子が融解して雨粒に変わる場合もある。そこで将来氷粒子の粒径分布の推定などが可能となった場合を想定し、氷粒子が融解するシミュレーションも行い、その電波の散乱特性についての検討も行った。以上から、研究は概ね順調に進んでいるとした。
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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い、開発した粒径分布の推定手法の精度の向上を目指すと共に、これまでマニュアルで行っていた最適値の選択を自動化し、精度検証のために必要な大量のデータの処理や、また豪雨の高精度の直前探知を行うのに必要なレーダーデータのリアルタイム処理に向けたアルゴリズムの改良を行う。また降雨による電波の減衰を補正するプログラムについて引き続き改良／開発を行い、粒径分布を抽出するアルゴリズムに実装する。さらに最近の他の研究者による粒径分布に関する研究の成果を取り入れ、開発中のアルゴリズムの高精度化を目指す。
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| Causes of Carryover |
旅費が当初の予定額より増加し、その分購入する物品を一部削減し支出を減額したが、予定よりも安く物品が納入されたため次年度使用額が生じた。具体的には、米国オクラホマ州で開催される37th Conference on Radar Meteorology 会議に当初から参加を予定していた。しかし当該年度開始後にこの会議に連続する形でその近隣にあるオクラホマ大学が主催するISEC会議が開かれることになり、その招待講演を同大学から依頼された。そこでこれを引き受けたため宿泊費などの旅費の増額が必要となった。その分、予定していたハードディスクや消耗品の購入を一部取りやめ、使用額を削減して対応した。しかしこれらの物品が見積もりに使用した定価よりも安く納入されたため、次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、当該年度に整備を見送ったハードディスクの一部などの購入に使用する。
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