2014 Fiscal Year Annual Research Report
多重散乱ライダ・雲レーダの複合観測システムの構築と全球雲微物理特性解析
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25247078
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
岡本 創 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (10333783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 可織 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (00584236)
西澤 智明 独立行政法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 主任研究員 (10462491)
鷹野 敏明 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40183058)
石元 裕史 気象庁気象研究所, 気象衛星・観測システム研究部, 室長 (70281136)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ライダ / 雲レーダ / 雲物理 / 水雲 / 氷雲 / 雲微物理特性 / 衛星観測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度に開発に着手した多視野角・多重散乱偏光ライダの開発を引き続き行った。現在までに、４つの異なる角度で傾けて後方散乱光の並行成分を取得する受信部、４つの垂直成分を取得する受信部の全部で8チャンネルの観測システムを完成させている。これらを以下の2段階の校正実験によって校正した。（１）全チャンネルを鉛直上向きにし、相対的に校正する相対校正実験、（２）本ライダシステムの置かれている国立環境研究所に、同じく設置され24時間連続観測で運用されている、通常型ライダである視野角１mradの2波長偏光ミーライダと比較する絶対校正。観測データの初期解析の結果、従来型のライダと比較して、３倍程度の幾何学的厚さの雲の観測が可能になっていること、外側の（より鉛直方向から見てより傾いた）チャンネルの方がより厚い雲を捉える事ができていた。地上ライダによって、多重散乱光の卓越した場合の偏光解消度の観測に初めて成功した。外側のチャンネルの方が大きくなり下層雲の場合３０％を頻繁に超える値を示し、最大で８０％程度の大きな値を示す事がわかった。これは、CALIPSO衛星に搭載されたライダによって観測された値と同等のものであることから、本システムで目標とした衛星搭載ライダの地上ライダにおける再現が可能となった事を示していると考えられる。2015年2から3月にかけて第一回目の95GHz雲レーダと多視野角多重散乱ライダの同時観測実験も実施した。初期的解析から光学的に厚い雲を観測した場合に雲レーダで検出されている雲頂と、本ライダの雲頂は比較的対応している事が示されている。現在ライダの下層雲観測時における多重散乱過程の高速な計算が可能な解析手法の開発を実施した。またCAIPSOと雲レーダと搭載したCloudSatと同期したAQUA衛星に搭載された赤外サウンダAIRSによる、雲物理特性と水蒸気量の全球解析を実施した。
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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
新たに開発した多視野角・多重散乱偏光ライダによって、衛星観測で得られるのと同等な多重散乱の影響を再現することができた。実際に下層雲を観測した場合に衛星ライダで得られたものと同等な３０％を超えるような偏光解消度を地上において初めて実現した。
また多視野角を持つライダであるため、１つの大きな視野角の多重散乱ライダよりもはるかに多い情報量を得ることができると期待されるが、実際に校正実験の結果、１０％以下の精度で後方散乱係数をそれぞれのチャンネルで得る事ができるようになった。
角度が傾いたチャンネルほど多重散乱の影響を受けた後方散乱光をより多く取得可能であり、より光学的に厚い部分からの信号を取得できる事が理論計算から予測されていたが、観測データはそれらと定性的に一致して期待された性能を持つことが確認された。2015年2月から雲レーダと多視野角多重散乱偏光ライダの同時観測を開始できた。
衛星解析でも雲生成メカニズムを解析するために重要な要素である、水蒸気の過飽和度を衛星搭載赤外サウンダを解析することで水平分解能13.5km、鉛直分解能１ｋｍで全球でデータセットを作成することができた。これはそれぞれ従来のデータセットより水平で3倍程度、鉛直方向で2倍程度高分解能で解析できたことになり、より信頼性の高い過飽和度を得る事ができたと考えられる。これらの新しい全球のデータセットと、衛星搭載ライダから抽出された雲物理特性と比較解析を実施できた。これらの事から、概ね計画していた目標を達成できたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに多視野角多重散乱偏光ライダは合計8つの観測チャンネルを持ち、４つの視野角でライダの後方散乱光を並行成分と垂直成分を取得するシステムが完成している。さらに2015年度は2チャンネル増やし、全部で45mradの視野角で、高度１ｋｍの雲を観測した場合片側のフットプリントが４５ｍとなるようにし、完全にCALIPSO衛星に搭載されたライダと同様な値を達成する。それぞれのチャンネル用の雲検出を行う雲マスクの開発、雲粒子の相や氷粒子の場合の配向状態を判別する雲粒子タイプを開発する。また衛星ライダによる雲微物理特性解析用に開発しているライダ解析手法を進め、またこれを本ライダ解析用に改良し、本ライダによって雲微物理特性を抽出する。雲レーダと同時観測データの解析を行って、雲底雲頂等の雲の巨視的情報の比較を実施する。また同時解析から、雲微物理特性の抽出を行う。これを用いて本ライダ単独の解析手法の検証を実施し、ライダ解析手法を改良する。これを衛星ライダ解析手法に適用し、雲微物理特性の全球解析を実施する。それらと水蒸気解析結果との同時解析から、雲物理特性の生成メカニズムの解析を実施する。
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Research Products
(44 results)
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[Journal Article] THE EARTHCARE SATELLITE: THE NEXT STEP FORWARD IN GLOBAL MEASUREMENTS OF CLOUDS, AEROSOLS, PRECIPITATION AND RADIATION2015
Author(s)
Illingworth, I. J., H. W. Barker, A. Beljaars, M. Ceccaldi, H. Chepfer, N. Clerbaux, J. Cole, J. Delanoë, C. Domenech, D. P.Donovan, S. Fukuda and M. Hirakata, R. J. Hogan, A. Huenerbein, P. Kollias, T. Kubota, T. Nakajima, T. Y. Nakajima, T.Nishizawa, Y. Ohno, H. Okamoto, R. Oki, K. Sato, M. Satoh, et al.,
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Journal Title
Bulletin of the American Meteorological Society
Volume: 96
Pages: 1311-1332
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Okamoto, H2015
Author(s)
Development of level2 algorithms for CPR, CPR-ATLID and CPR-ATLID-MSI
Organizer
Joint PI meeting of Global Environment Observation Mission 2014
Place of Presentation
TKP Garden City Nagata-cho
Year and Date
2015-01-13 – 2015-01-13
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