2015 Fiscal Year Research-status Report
船舶レーダーと画像解析に基づく都市域における降雨微細構造の解明
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15K18125
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小田 僚子 千葉工業大学, 工学部, 准教授 (50553195)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーダー / 降雨 / 鉛直分布 / 雲 / 大気境界層 / 都市 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は，千葉工業大学新習志野キャンパス（千葉県習志野市）の建物屋上に設置したXバンド（9,410MHz）の船舶レーダーを用い，高い時間・空間分解能（約2秒，12m分解能）で降雨の鉛直分布を捉える常時観測を実施した．観測範囲は半径約3.6kmであり，南北断面（海（東京湾）－陸のライン）の降雨を捉える設定とした．なお，同観測地点には複合気象装置も設置し，地上降雨量のほか，気温，水蒸気量（混合比），風向風速，気圧の測定も実施している．また，屋外カメラ（千葉工業大学，東京工業大学，防衛大学校の3か所に設置）を用いて雲の流れ場も常時モニタリングしており，降雨現象全般を捉えている．
本研究の目的の一つである降雨鉛直分布を捉え，その降雨形態について評価した結果，層状型，対流型の大きく2つに分類できた．層状型は明瞭なブライトバンド（雨粒の融解層のエコー）が確認でき，対流型には明瞭なブライトバンドはあまり見られずに上空に巻き上がるようなエコーが見られるのが特徴である．対流型降雨の一例として，上昇流によって雨が巻き上がっている様子が捉えられた際，地上風分布では観測地点に風が収束しており気温も急激に下がっていたことが確認でき，このことから降雨の発生には冷たい空気塊の流入が関係していたと考えられた．また，南側では強い降雨強度を示しているのに対し北側では一時的に降雨が弱まっているなど，降雨時間中の風向変化に応じて，地上での降雨強度も急激に変化する様子が観測された．その他にも，既存の気象レーダー（水平分布）で降雨を捉える前に本レーダーでは降雨を捉えた事例もある．このように，降雨の発生・発達から終息していく一連の降雨プロセスを観測することに成功しており，独創的な観測手法やそれに基づく結果については，国内外の会議にて発表している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
詳細な降雨プロセスを把握する目的で，東京湾沿岸部に高時空間解像度で降雨を捉えられる船舶レーダーを設置した．レーダー設置以降すぐに常時観測を開始したが，できるだけノイズを減らし降雨を綺麗に捉えるため，電波出力設定の調整について試行錯誤を重ねた結果（設定変更後は降雨があるまで画像確認ができないために時間を要する），平成27年6月から現在の設定に落ち着き，詳細な降雨過程を評価できるようになった．
常時観測の結果，層状型，対流型といった異なる降雨形態を確認し，降雨の発生・発達・終息といった一連の降雨プロセスを捉えることに成功している．複雑な降雨形態を示した原因についても，船舶レーダー以外の気象観測機器（申請者が設置した屋外カメラや複合気象装置，既存の気象レーダーなど）の結果を用いることで評価した．降雨が地上に到達する前に上空でどのような変動を示しているのかについては，降雨の鉛直分布を捉えることができなければ把握が難しいものであり，降雨鉛直分布の常時観測を実施する意義は大きい．
一方で，船舶レーダーが予期せぬエラーにより何度か停止することがあったため，安定した常時連続観測に向けて，その対応・修理も実施している．
平成28年度は，平成27年度に実施できなかったドップラーライダーおよびディスドロメータとの同期観測を実施する予定であり，降雨現象の多い夏季以降の観測に向けた準備を進めている．また，流体解析ソフトを用いたPIV解析にも取り組んでおり，降雨中の乱流変動解析にも着手している状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在設置・運用している船舶レーダーと同地点（千葉工業大学新習志野キャンパス）に，ドップラーライダーとディスドロメータを設置し，夏季より同期観測を開始する．平成27年度までに実施してきた降雨鉛直分布の取得，降雨プロセスの把握（船舶レーダーによる観測）に加え，降雨前後の大気下層の風鉛直プロファイルを把握（ドップラーライダー観測）することで，降雨の開始から終息に至るまでの大気乱流変動を連続的に捉える．また，ディスドロメータにより降雨の粒径分布および船舶レーダーによる降雨強度の推定精度を評価していく．
また，船舶レーダーの画像データについて，PIV解析手法による降雨中の大気乱流変動の推定精度を高めるために，生画像のノイズ除去や平滑化などの処理過程を改善する．
なお，引き続き多地点屋外カメラネットワークシステムも活用し，降雨に関連する大気（雲）の状況を常時モニタリングすることで，船舶レーダーによる降雨情報と併せて降雨現象の発生～終息過程について考察する．
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| Causes of Carryover |
レーダー設置以降すぐに常時観測を開始したが，降雨以外のシグナル（ノイズ）が多く，また降雨強度が強くなると画像上の降雨の強弱が識別できなくなるなど，詳細な降雨分布を取得するには調整が必要であった．設定条件について購入業者にも相談をしたが満足できる結果には至らず，電波出力設定の調整に試行錯誤を重ね，現在の設定に落ち着くまでに時間を要した（設定変更後は降雨があるまで画像確認ができないために時間を要する）．また，船舶レーダーが予期せぬエラーにより何度か停止することがあったため，安定した常時連続観測に向けて，その対応・修理も実施している．平成27年度は船舶レーダーデータの質的向上に時間を要した結果，ディスドロメータの購入（設置）に至らなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
降雨の多い夏季を船舶レーダーの集中観測実施期間と設定するため，それと同期観測を計画しているディドロメータも夏季までに購入を完了する予定である．次年度への繰り越し費用のほとんどは，ディスドロメータの購入・設置費用として用い，その他は大量の観測データを取得・保存するためのHDDの購入に充てる予定である．
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Research Products
(4 results)
