衛星搭載雲レーダー・ライダー・赤外サウンダーを用いた上層雲生成・消滅機構の研究

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19340132
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 岡本 創 Tohoku University, 大学院・理学研究科, 准教授 (10333783)
• Keywords: 雲レーダ / ライダー / 雲物理 / 降水 / 対流

Research Abstract

雲レーダ搭載衛星CloudSat, ライダー搭載衛星CALIPSOから統合データセットを構築した。両者のアクティブセンサーのデータが同じ時間分解能、水平分解能、鉛直分解能を持つことで、それらを複合利用しやすくするためである。また両者のデータから雲域のデータのみを抜き出す雲マスクを作成した。特にCALIPSOのデータに対する雲マスクは、CALIPSOの標準データとして提供されているVertical Feature Mask(VFM)が知られているが、これにはノイズ域やエアロゾルを雲と誤判定するなどの下層雲の過大評価が問題であることが判明した。そこで我々独自に雲マスクを開発、この問題を克服することに成功した。全球の雲出現頻度分布を解析し、そこから比較のため、雲量を導出した。さらにMODISセンサーの結果と比較したところ、下層雲ではMODISによる結果と比較的よく一致するものの、上層では、感度の違いから、CloudSat/CALIPSO統合マスクの結果の方がより雲の検出をしていることが判明した。
次に、CALIPSOセンサーから雲粒子タイプの導出を行うアルゴリズムを作成した。これは水雲、過冷却水、通常の3次元配向している氷粒子、水平面に配向している平板状の粒子を識別するものである。前出のVFMによる標準プロダクトでは、雲内部の相の不均質性を表すことができていなく、特に雲の相識別の鉛直分布に大きな問題を抱えていることがわかった。我々のアルゴリズムでは、偏光解消度と後方散乱強度の減衰からより精度の高い雲粒子判別を行えるようにした。この結果、初めて全球での水粒子と氷粒子の比率を高い鉛直分解能で導出することに成功した。氷と水粒子が同じ程度に出現する温度は-10度であること、しかし、これらの出現比率には、大きな緯度分布が存在すること、平板状粒子が多く出現するのは、-20度から-10度の間で、全球に渡るが、特に極域で大きいことが判明した。
この他、CloudSat/CALIPSOの同時観測データから氷粒子のサイズと氷水量の全球分布を求めた。従来のアルゴリズムを改良し、平板状の粒子を扱えるようにした。この結果、平板状の粒子は対流性の雲に伴って多く出現し、その大きさは200ミクロンから1mm程度と、その他の粒子と比較して非常に大きいことが判明した。

Research Products

• [Journal Article] 95-GHz Doppler radar and lidar synergy for simultaneous ice microphysics and in-cloud vertical air motion retrieval (2009)
  • Author(s): Sato, K., H. Okamoto, M. K. Yamamoto, S. Fukao, H. Kumagai, Y. Ohno, H. Horie, and M. Abo
  • Journal Title: J. Geophys. Res. 114, D03203 Pages: doi : 10. 1029-2008JD010222
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cirrus Observations in the Tropical Tropopause Layer 1 Over the Western Pacific (2009)
  • Author(s): Fujiwara, M., S. Iwasaki, A. Shimizu, Y. Inai, M. Shiotani, F. Hasebe, I. Matsui, N. Sugimoto, H. Okamoto, N Nishi, A. Hamada, T. Sakazaki, and K. Yoneyama
  • Journal Title: J. Geophys. Res. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of absorption on light scattering by agglomerated debris particles (2009)
  • Author(s): Zubko, E., H. Kimura, Y. Shkuratov, K. Muinonen, T. Yamamoto, H. Okamoto and G. Videen
  • Journal Title: JQSRT (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Retrieval of ice cloud microphysics by synergy use of CloudSat and CALIPSO data (2009)
  • Author(s): Okamoto, H., K. Sato and Y. Hagihara
  • Journal Title: Current Problems in Atmospheric Radiation (IRS 2008) : Proceedings of the International Radiation Symposium (IRC / Iamas)(AIP Conference Proceedings (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-wavelength radar algorithm, with Doppler function for the retrieval of cloud microphysics with precipitation (2009)
  • Author(s): Okamoto, H., K. Sato, S. Otomo, Y. Hagihara, R. Yoshida, K. Iwanami, T. Maesaka, M. Murakami, N. Orikasa, M. Nakazato, H. Yamauchi, H. Inoue
  • Journal Title: Current Problems in Atmospheric Radiation (IRS 2008) : Proceedings of the International Radiation Symposium (IRC / Iamas)(AIP Conference Proceedings (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sensitivity study for the interpretation of Doppler signal of space-borne 95-GHz cloud radar (2009)
  • Author(s): Sato K., H. Okamoto, and Y. Hagihara
  • Journal Title: Current Problems in Atmospheric Radiation (IRS 2008) : Proceedings of the International Radiation Symposium (MC / Iamas)(ATP Conference Proceedings (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synergy use of MODIS, CloudSat and CALIPSO for improved retrieval of liquid water cloud microphysical properties (2009)
  • Author(s): Hagihara Y., H. Okamoto, and T. Y. Nakajima
  • Journal Title: Current Problems in Atmospheric Radiation (IRS 2008) : Proceedings of the International Radiation Symposium (IRC / Iamas)(AIP Conference Proceedings (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vertical cloud properties in the tropical western Pacific Ocean : Validation of the CCSR / NIES / FRCGC GCM by shipbome radar and lidar (2008)
  • Author(s): Okamoto, H., T. Nishizawa, T. Takemura, K. Sato, H. Kumagai, Y. Ohno, N. Sugimoto, A. Shimizu, I. Matsui and T. Nakajima
  • Journal Title: J. Geophys. Res. 113, D24213 Pages: doi : 10. 1029-2008JD009812
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aerosol retrieval from two-wavelength backscatter and one-wavelength polarization lidar measurement taken during the MR01K02 cruise of the R / V Mirai and evaluation of a global aerosol transport mode (2008)
  • Author(s): Nishizawa, T., H. Okamoto, T. Takemura, N. Sugimoto, I. Matsui, and A. Shimizu
  • Journal Title: J. Geophys. Res. 113, D21201 Pages: doi : 10. 1029-2007JD009640
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloud type and top height estimation for tropical upper-tropospheric cloudsusing GMS-5 split-window measurements combined with cloud radar measurements (2008)
  • Author(s): Hamada A., N. Nishi, S. Iwasaki, Y. Ohno, H. Kumagai and H. Okamoto
  • Journal Title: SOLA 4 Pages: 57-060, doi : 10. 2151-sola2008-015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of particle fall velocity in cirriform cloud by VHS and millimeter-wave Doppler radars (2008)
  • Author(s): Yamamoto, M., Y. Ohno, H. Horie, N. Nishi, H. Okamoto, K, Sato, H. Kumagai, M. Yamamoto, H. Hashiguchi, S. Mori, N. O. Hashiguchi, H. Nagata and S. Fukao
  • Journal Title: J. Geophys. Res. 113, D12210 Pages: doi : 10. 1029-2007JD009125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Algorithm to Retrieve Aerosol Optical Properties From High-Spectral-Resolution Lidar and Polarization Mie-Scattering Lidar Measurements (2008)
  • Author(s): Nishizawa, T., N. Sugimoto, I. Matsui, A. Shimizu, B. Tatarov and H. Okamoto
  • Journal Title: IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. Vol46, No.12 Pages: 4094-4103, DOI : 10. 1109-TGRS. 2008. 2000797
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Testing and evaluation of ice water content retrieval methods using radar and an ciliary measurements (2008)
  • Author(s): Heymsfield, A. J., A. Protat, R. Austin, D. Bouniol, R. Hogan, H. Okamoto, K. Sato, G. Zadelhoft D. Donovan, and Z. Wang
  • Journal Title: J. Appl. Meteor. Climate 47 Pages: 135-163
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Retrieval of ice cloud microphysics by synergy use of CloudSat and CALIPSO data (2008)
  • Author(s): 岡本創
  • Organizer: International Radiation Symposium 2008
  • Place of Presentation: Brazil
  • Year and Date: 2008-08-05
• [Presentation] Multi-wavelength radar algorithm, with Doppler function for the retrieval of cloud microphysics with precipitation (2008)
  • Author(s): 岡本創
  • Organizer: International Radiation Symposium 2008
  • Place of Presentation: Brazil
  • Year and Date: 2008-08-04
• [Presentation] CloudSAT / CALIPSOによる氷粒子微物理特性の解析 (2008)
  • Author(s): 岡本創
  • Organizer: 日本気象学会春季大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2008-05-20
• [Book] 気象研究ノート218号「エアロゾルの気候と大気環境への影響」、第7章アクティブセンシングで見るエアロゾルと雲(中島映至, 早坂忠裕(編)) (2008)
  • Author(s): 岡本創
  • Total Pages: 95-109
  • Publisher: 日本気象学会
• [Remarks]
  • URL: http://caos-a.geophys.tohoku.ac.jp/housha/research/satellite/satellite.html