2020 Fiscal Year Research-status Report
小型鉛直レーダ網を用いた豪雨・豪雪防災科学システムの構築
| Project/Area Number |
20K05037
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
|---|
Principal Investigator |
椎名 徹 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (80196344)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 鉛直レーダ / 豪雨・豪雪 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、小型鉛直レーダ網を活用した豪雨・豪雪発生機構の解明を行い、降水強度分布の高精度測定・予測を行う防災科学システムの構築を目的とする。
小型鉛直ドップラーレーダを一定距離間隔にて３台配置し、レーダで囲まれた三角地帯内において、最大高度6000ｍまでの３次元空間内の降水現象を10秒間隔の時系列で捉える。更に、地上付近を落下する降雨および降雪粒子の形状、含水率と落下速度を測定し、降水雲から地上までの降雨・降雪過程を高精度測定し、降水粒子生起確率モデルにより降水強度予測を行う防災科学システムの構築を目指す。
地上測定による降雨・降雪粒子の形状や落下速度等をもとに、種々の降水粒子の電磁波散乱特性を解明する。更に、大気圏下層の降水現象について高分解能にて時空間測定を行い、粒径・落下速度の分布を解析する。次に、降水粒子生起確率モデルを機械学習にて作成し、降水強度予測を行う。
最初に、光学式ディスドロメータを新たに設置し、降水粒子の粒径と落下速度、粒子種類の測定を行う環境を整備した。また、レーダ等の各種観測機器と同期測定可能なシステムを構築し、2020年12月より本格測定を開始した。次に、測定データの総合解析を行うため、共通データフォーマットCDFを作成するプログラムの開発を行った。これにより、レーダおよびディスドロメータによる降水強度を算出し、両者の比較・検証を行い、良好な結果を得た。また、降雨粒子の電磁波散乱特性の解明を試みた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍のため、光学式ディスドロメータの納入・設置が2020年12月と遅れたが、研究は概ね順調に進行している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次の項目について順次研究を進める。
(Ⅰ) 降雨・降雪粒子の電磁波散乱特性の解明：今年度設置・稼働した光学式ディスドロメータと降雪粒子観測装置内を落下する粒子の画像解析から、各粒子の横幅、形状、雪質および落下速度とその分布を測定する。次に、上下非対称な扁平雨滴単体の消散・散乱効率を点整合法により求める。更に、降雪粒子形状と雪質から降雪粒子をモデル化し、降雨と同様に散乱特性を解析する。
(Ⅱ) メソガンマスケール降雨・降雪現象の時空間解析：３台のレーダを数百m以上の間隔で三角配置し、高時間分解能（10秒間隔）で地上付近から高度6000mまでの電磁波散乱強度分布を同期測定する。次に、降水粒子の消散効率を用いて、測定経路（高度）によるレーダの減衰補正を行う。更に、ニューラルネットワークによる降水種類の自動判別を行い、散乱効率から高度ごとの粒子種類、粒径と落下速度分布を求める。また、ライダにより高度7700mまで10m間隔にてエアロゾル観測を行い、その移動速度とレーダの落下速度分布をモーメント解析し、大気対流速度の推定を行う。最後に、レーダに囲まれた空間内の降水粒子情報（粒子種、粒径および落下速度分布）をスパースモデリングにより取得し、大気対流を考慮した時空間解析を行う。
(Ⅲ) VAEによる降水粒子生起確率モデルの作成：地上付近の降雨・降雪粒子観測を教師データとして、機械学習により種々の降雨粒子や雪質の異なる降雪粒子の生起確率モデルを作成する。
(Ⅳ) 降水強度分布予測を行う防災科学システムの構築：(Ⅱ)の３次元空間内の降水粒子種類、粒径および落下速度分布に粒子生起確率モデルを適用し、降水強度予測を行う。更に、地上付近に設置した雨量計およびMPレーダやアメダス等と本予測結果の比較・検証を行い、研究にフィードバックする。
|
| Causes of Carryover |
購入した光学式ディスドロメータ（LPM）が予算額を下回ったため、次年度実施予定の小型ドップラーレーダのオーバーホールに使用する。
|
