2016 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「局地的大雨（いわゆる「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雨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。昨年度、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。この結果については国際学術誌に投稿/公開した (Adachi et al. 2015)。今年度はこの結果を発展させ、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させると共に、精度検証のために必要な大量のデータの処理に向けたアルゴリズムの改良を行った。また降雨による電波の減衰を補正するプログラムの開発を行い、粒径分布を抽出するアルゴリズムに実装した。これらについては国際会議などで発表を行った。さらに雨だけでなく雪のモデル開発に関連して、積雪のX線マイクロCTデータを使って現実の積雪粒子についての形状とその光散乱特性を計算し現在積雪リモートセンシングアルゴリズムで用いられている粒子散乱モデルとの比較を行なった。
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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
本研究の目的の一つは、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る。過去これまでに提案されている同様な手法は、いずれも経験式や近似式などを用いている。しかし経験式や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、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、昨年度までに開発することができた。ただし、まだマニュアルで最適値を決める部分が残されていたため、解析に時間がかかるという問題があった。そこで今年度はレーダーシミュレーターの改良を行い、粒径分布の推定精度を向上させる共に、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、豪雨の高精度の直前探知を行うのに必要なアルゴリズムの改良を行った。また降雨による電波の減衰を補正するプログラムの改良/開発を行い、粒径分布を抽出するアルゴリズムに実装した。
一方、これまでに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て氷粒子の散乱粒子モデルを開発するため、雪のX線マイクロCTデータを入手し雪粒子の形状を抽出した。抽出した氷粒子の電波の散乱特性を幾何光学近似法で計算し、その粒子単散乱特性において現在用いられているモデルとの比較を行なった。また豪雨の予測のため、数値シミュレーションを用いて積乱雲発生に寄与する水平ロール渦とこれに伴う積雲内部の大気の収束や上昇流の構造を再現し、豪雨の発生直前における大気の流れを明らかにした。
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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、シミュレーターの結果を実際のレーダー観測に応用し、粒径分布や減衰補正のアルゴリズムの検証を行う。減衰補正についてはレーダードーム(レドーム)表面の雨による水膜による減衰も補正する。一方、偏波パラメータはレーダーのアンテナの仰角にも依存するので仰角の影響を補正し、補正した偏波パラメータから推定される積雲内の雨の粒径分布の鉛直構造から降水強度の鉛直分布を推定する技術を合わせて開発する。また雪粒子のモデル化で得た知見を利用して融解降雪粒子の形状モデルを作成し、氷粒子が溶けて雨に変わる遷移領域のマイクロ波散乱データベース作成に取り掛かる。
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| Causes of Carryover |
当初は2016年10月にトルコで開催される欧州気象レーダー会議に出席する予定であった。しかしトルコ国内でテロが多数発生し、日本国政府から渡航自粛の呼びかけがあったため参加を見合わせた。その代わりに2017年1月に開催された米国気象学会の年次集会に参加し発表を行った。これに伴い行き先や渡航期間を変更したため、必要な旅費が当初より減額となったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
発生した次年度使用額は、当初予定していなかった、韓国で開催されるWRaH（気象レーダー及び水門学）会議への参加費に充当する。
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Research Products
(5 results)
