2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of observation method to analyze the formation of heavy rainfall with dual-polarized radar. Where is big raindrops formed?
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20K04092
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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, 台風・災害気象研究部, 室長 (80354520)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石元 裕史 気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 室長 (70281136)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 二重偏波レーダー / 雨滴粒径分布推定 / 偏波パラメータ / レーダーシミュレーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の中心となるのは、レーダーシミュレーターの開発と、これを用いた二重偏波レーダーで観測される偏波パラメータから雨の粒径分布を推定する手法の開発である。雨の粒径分布は単位体積の大気中の各雨粒の数をその大きさ別に表したもので、平均直径(D0)、数密度(Nw)、形状指数(μ)の3個のパラメータで規定されるガンマ函数で近似できることが知られている。粒径分布が分かれば降水強度など単位体積の大気中の雨に関する平均値のほか、これを構成する雨粒の大きさと個数も分かるため、大粒の雨の有無や、時間変化から雨がどのように成長しているかを推定できる。粒径分布の3つのパラメータのうちμは各直径の雨粒の個数の割合を表すため、雨滴成長の解析に重要である。しかし非線形方程式を解く必要があり、これまで偏波パラメータから解析的に推定することは世界的にもされていなかった。
そこで本課題ではシミュレーターを改良し、相関係数(ρhv)からμを推定する手法を開発した。相関係数は偏波レーダーで得られるデータの一つだがこれまで定量的に利用されてこなかった。これは、従来のレーダーの出力が時間的に不安定なため、精度が不十分であったためである。しかし本研究で用いるレーダーは送信素子に従来の真空管ではなくトランジスタを用いており出力が格段に安定しているためρhvは理論値に極めて近く利用が可能となった。そこで本課題ではシミュレーターを高度化し、相関係数(ρhv)からμを推定する手法の開発と改良、並びにこれを用いた台風の事例解析を行った。また、改良したレーダーシミュレーターの結果を用いて衛星搭載二周波レーダーから降水粒子の融解高度を推定するアルゴリズムを開発しその結果について国際学会誌に投稿したところ受理・刊行された。
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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
昨年度から引き続きレーダーシミュレーターの開発と改良を行い、粒径分布パラメータから偏波パラメータを推定するテーブルを計算した。また昨年度の結果に基づきこのテーブルが雨滴の温度に依存することが示唆されたので、温度別にテーブルを作成した。このシミュレーターの結果を２つの台風の事例について適応し解析結果を比較したところ、中心付近の降水強度は同じ程度であるのにも関わらず、上陸まもない台風では大粒の雨と小粒の雨が多量に含まれ雨滴が併合により成長している様子が見られたのに対し、上陸から時間が経っている台風では中粒の雨が卓越し雨滴成長は相対的に少ないことが示唆されるなど、これまでの研究と整合的な結果が得られた。これらの結果については日本気象学会で公表した。またレーダーシミュレーターのアルゴリズムを用いて衛星搭載の二周波レーダーから降水粒子の融解高度を推定する手法を開発し、その結果について国際学会誌に投稿したところ、受理・刊行された。
一方、この台風の時には新型コロナのため出張が制限され地上観測装置のメンテナンス が行えなかったため、検証用のデータが得られていないなど当初想定していない事態が発生した。地上観測装置のメンテナンスは昨年度行なったが、その後現在まで開発したアルゴリズムの検証に利用できる強い雨の事例がまだ観測できていない。アルゴリズムの懸賞には大粒の雨を含む、ある程度強い降雨が必要なため、引き続き地上観測装置の運用とメンテナンスを行なっていく。
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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うとともに、観測されたレーダーデータがシミュレーターの結果と整合するよう、観測データの品質管理を適切に行う方法や移動平均を行う幅の最適化などを検討する。また、今年度も緊急事態宣言やそれに類する制限が課せられる可能性があるので、適切な頻度で機器のメンテナンスを行う。その一方、大雨は局所的に発生するので必ずしも既設の地上観測装置で常に観測できるわけではない。このため別予算で車載型の地上観測装置を整備し、大雨の発生・通過が予想される場所に移動し機動的に観測を行えるよう準備を進める。
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| Causes of Carryover |
当初参加を予定していた国内外の学会が新型コロナのため中止あるいは延期となり参加ができなくなった。このため旅費を使用することがなく当初の使用計画と違いが生じている。次年度は新型コロナの感染状況が落ち着き次第、国内外の学会に参加する予定でその旅費の支出に当てる予定である。
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