2023 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, 併任(第三研究室) (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, 部長 (70281136)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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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い。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で相関係数が低下するため、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、相関係数からμを推定する手法の開発と改良、地上観測装置との比較による精度の検証を行っている。また、これまでに開発した手法を気象庁レーダーのデータに応用し、平均直径の大きい（大粒の）雨が上昇流によって持ち上げられる高度が高いほど、つまり積雲内部の上昇流が強いほど、豪雨になる傾向があるという結果が得られた。この結果について国際学会誌に投稿し、論文として受理・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、2021年の冬に観測されたにかなり強い雨(180mm/h)を地上観測装置で観測できたためこれを元に今回作成したアルゴリズムの検証と改良を行なっている。また検証に際にはレーダーが観測した雨の位置と地上観測装置の位置を補正するプログラムを別途開発した。これはレーダーで観測される雨は上空であり、比較・検証に用いる地上観測装置のある地上に落下するまでの時間差と風により雨粒が水平方向に移流することを補正するもので、昨年度の比較結果よりも高い精度を示す結果が得られた。これについては4月の国際学会で公表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで主として2021年冬の豪事例について解析を行ってきたが、2022年の夏に発生した別の豪雨事例についても解析を始めた。これらの事例を比較することにより季節（温度）による精度の違いについても検証を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
豪雨時の雨粒の粒径分布の検証用に車載型の観測機器を別予算で整備し、その旅費を当該科研費で支出する予定であったが、昨年度はレーダーの観測範囲で豪雨が予想される事例がなく、移動観測を行う機会がなかった。今年度に豪雨が予想される場合にはその旅費に使う予定であるが、場合によっては研究学会で研究成果を発表する際の旅費や参加費に振り変える可能性もある。
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