Analysis on conversion processes from ice crystals to snowflakes using a Ka-band polarimetric cloud radar and ground-based instruments

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04049
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 篠田 太郎 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (50335022)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 暢宏 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (60425767) ; 大東 忠保 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 特任助教 (80464155) ; 坪木 和久 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (90222140) ; 久保 守 金沢大学, 電子情報学系, 助教 (90249772) ; 皆巳 幸也 石川県立大学, 生物資源環境学部, 准教授 (90290080)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: Ka帯偏波雲レーダ / 光学式雨量計 / 粒子判別 / 雲解像モデル / 雲微物理過程

Outline of Annual Research Achievements

本研究の第一段階の目的は、地上降雪粒子観測装置により得られる降雪粒子の特徴（粒子の種類（氷晶、雪片、霰）、粒径、数濃度、粒径分布など）と、対応する時刻にKa帯レーダで取得される偏波パラメータ（反射強度Zh、反射因子差Zdr、偏波間相関係数ρhv、偏波間位相差変化率Kdp）との対応関係を明らかにすることである。
2016年度は金沢大学に地上降雪粒子観測装置（2DVDとLPMに加えてPARSIVELを導入した）を整備した。冬季観測に向けて、2016年度の夏にレーダ設置地点の調査と設置の交渉を行った結果、石川県立大学にレーダを設置することとした。レーダは12月に琉球大学瀬底研究施設から石川県立大学に移設し、12月19日から3月2日まで雪雲を対象とした連続観測を実施した。観測期間中に顕著な降雪イベントが3回観測され、現在、これらの期間における降雪粒子の特徴と偏波パラメータの対応関係を調べている。今後、両者の関連を明らかにすることができれば、Ka帯レーダを用いた粒子判別法の可能性を検討することができると考えられる。
また、数値モデルの改良という目的においては、雲解像モデルCReSSの雲物理過程の改良を進めている。CReSSの雲物理過程として、Murakami (1990, 1994, いずれもJMSJ) スキームに加えて、フルダブルモーメントかつ雹過程を含むFarleyスキームの導入を図っている。2016年度中に概ねコーディングを終え、今後はテストを行っていく予定である。
2016年度については、観測の準備と実行で、論文や学会発表などの目立った成果は上げられなかった。しかしながら、地上降雪粒子観測装置とKa帯レーダにより取得された偏波パラメータの関係の解析結果が出てきており、これらについては2017年度中に複数の国際学会・国内学会で報告を行うとともに、論文の執筆に取り掛かる予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

金沢大学には既に地上降雪粒子観測装置として2DVDとLPMが設置されており、Ka帯レーダにより取得される偏波パラメータと地上降雪粒子観測装置の情報を比較するためには、金沢大学から30 km以内にレーダを設置する必要がある。レーダの設置場所について、2016年度の夏季に調整と交渉を行った結果、最終的には石川県立大学の敷地内にレーダを設置することとなった。石川県立大学は金沢大学よりおよそ11 kmの距離に位置している。また、金沢大学には、上記の観測装置に加えて、光学式雨量計PARSIVELを2016年度予算で購入し、冬季観測の開始前（11月28日）に設置した。
Ka帯レーダを沖縄県の琉球大学瀬底研究施設から石川県立大学に移設し、電源工事を経て12月19日よりレーダ観測を開始した。レーダ観測は2016年12月19日から2017年3月2日まで行った。この間、停止した一部の時間を除いて、ほぼ全期間にわたってデータを取得できた。観測期間中、顕著な降雪が2017年1月14日～15日、1月23日～25日、2月11日～14日にかけて観測された。これらの降雪イベントに対して、PARSIVELの観測データから降雪粒子の粒径と落下速度を10分毎に出力し、中心質量フラックス（Ishizaka et al. 2013, JMSJ）を計算することで、この値から霰卓越期間、雪片卓越期間、霰雪片混在期間を抽出した。現在、各期間ごとにKa帯レーダで取得した偏波パラメータ（反射強度Zh、反射因子差Zdr、偏波間相関係数ρhv、偏波間位相差変化率Kdp）について、期間毎の特徴の検討を行っている。
また、観測と並行して雲解像モデルCReSSの雲物理過程としてFarleyのスキームの導入を行っている。このスキームは液相も含めてフルダブルモーメントかつ雹過程を含むものである。

Strategy for Future Research Activity

2016年度の冬季観測の結果を取りまとめて、日本気象学会春季大会（5月・東京）と38th Conference on Radar Meteorology （8月・アメリカ合衆国シカゴ）での発表の申し込みを行っている。さらに、Conference on Mesoscale Convective Systems (MCSs) and High-Impact Weather in East Asia（10月・台湾台北）や日本気象学会秋季大会（10月・札幌）などので発表も予定している。
2017年度についても、2016年度と同様に、12月～2月にかけて石川県立大学にKa帯レーダを設置し、雪雲を対象とした連続観測を実施する予定である。金沢大学のPARSIVELやLPMは2016年度と同様に観測を続ける予定であり、地上観測装置による粒子の情報と偏波パラメータについてのデータを蓄積していく予定である。この時、Ka帯レーダの低仰角連続観測と雨量計の観測データについて、1分毎の照合を行うことで、より高い時間分解能での降水粒子と偏波パラメータの比較を試みる予定である。その上で、Ka帯レーダの偏波パラメータを用いた粒子判別法の可能性を検討していく。
また、並行して雲解像モデルCReSSの雲微物理過程の改良も進めていく。2016年度に導入したFarleyの雲微物理スキームを用いて、2016年度に取得された様々な降雪事例でのテストを行い、積雪量や氷晶・雪片・霰の分布などの妥当性の確認と、雲物理過程の調整を行っていく。