2015 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 国立研究開発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 | 雲物理 / 衛星 / ライダ / レーダ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
衛星搭載ライダによる雲の物理特性解析を進展させるため、多視野角・多重散乱偏光ライダ(MFMSPL)の観測実施とデータ解析を行った。またMFMSPLと95GHz雲レーダの同時観測を実施し、MFMSPLシステムの雲観測結果の検証を行った。解析の結果、MFMSPLによって観測された雲の雲頂高度は、雲レーダで観測されたものと良く整合性があった。さらに異なる視野角の各チャンネルの情報を組み合わせる事で、エアロゾル・雲・降水を識別が可能になる事が示唆された。さらにこのシステムの各チャンネルの情報を用いて、衛星搭載ライダによって観測される水雲からの後方散乱光を再現する試みを行った結果、再現された偏光解消度は、衛星搭載ライダと同等の大きさを示していることがわかった。また多視野角・多重散乱偏光ライダ(MFMSPL)の機能を拡張し、５つの異なる角度で傾け後方散乱光の入射電場に平行な成分を取得する５つのチャンネル、それらと直交する成分を取得する５つのチャンネルの合計１０チャンネルによる観測システムが完成した。CALIPSO衛星に搭載されたライダと高度１ｋｍで同程度のフットプリントを実現する観測が初めて可能となったことになる。衛星搭載ライダの後方散乱係数と偏光解消度から雲微物理特性を得るために、鉛直方向に不均質な雲の解析が可能な准解析的なアルゴリズム開発を実施した。モンテカルロ法の結果との比較から検証を行った。衛星データ解析としては、CloudSat衛星搭載の雲レーダ、CALIPSO衛星搭載のライダ、AQUA衛星搭載の赤外サウンダの同時解析から、氷雲が存在する近傍では実際に水蒸気量が大きくなっている事、またこれらのデータを統合解析する事で氷雲内の過飽和度の見積りを初めて行った。
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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
今回の多重散乱ライダMFMSPLの改良によって、５つの異なる角度で傾け後方散乱光の入射電場に平行な成分を取得する受信部、５つの入射電場に直交成分を取得するチャンネルの観測システムが完成し、CALIPSO衛星に搭載されたライダと同程度のフットプリントを下層雲の卓越する高度で実現できた。また雲レーダとの同時観測から、実際にMFMSPLである程度の光学的厚さの雲を観測した場合、雲レーダと同等の雲頂を示す事がわかった。また雲レーダでは雲とそこから生成された霧雨の区別が明確につかないが、MFMSPLではそれらを識別する事が可能になる事を示す事ができた。これらの結果はInternational Laser Radar Symposiumで発表し、またOkamoto et al., (2016a)に初期解析結果が掲載された。
また衛星搭載ライダを用いた氷雲・水雲の識別結果には現在３つのプロダクトが存在するが、それらの相互比較と航空機データを用いた検証を実施し、水雲の出現頻度に関してプロダクト間に大きな違いが存在する事がわかった(Cesana et al., 2016)。衛星を用いた全球氷粒子の微物理特性の抽出結果における氷粒子モデルの依存性に関する感度実験も進展した(Okamoto et al., 2016b)。雲内の過飽和度を初めて衛星から抽出する手法を開発する事ができ、この結果についてAmerican Geophysical Union Fall Meetingにおいて招待講演を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
MFMSPLを用いて、雲域検出と粒子タイプ識別（エアロゾル、氷雲、水雲、降水（降雨と降雪））アルゴリズムを完成させる。またMFMSPLの全チャンネルの情報を用いて、雲微物理特性抽出を行う。CALIPSO衛星搭載ライダの微物理抽出アルゴリズムの開発と検証をこのMFMSPLを用いて実施し、アルゴリズムを確定し、CALIPSOから雲微物理特性の全球解析を実施する。雲レーダとMFMSPLの同時観測結果から、統合的な粒子識別解析アルゴリズム、雲・降水微物理量解析アルゴリズムの開発を完成させ、CloudSat/CALIPSOの同時解析から、全球で雲微物理特性を解析する。CLoudSat/CALIPSO/AIRSの同期観測解析から、過飽和度解析を実施し、これとCALIPSOから求めたエアロゾル微物理特性抽出結果との統合解析から、氷粒子と水粒子の物理特性におけるエアロゾルの効果に関して生成条件を求める。
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Research Products
(33 results)
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[Journal Article] Using in-situ airborne measurements to evaluate three cloud phase products derived from CALIPSO2016
Author(s)
Cesana, G., H. Chepfer, D. Winker, B. Getzewich, X. Cai, O. Jourdan, G. Mioche, H. Okamoto, Y. Hagihara, V. Noel, M. Reverdy
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Journal Title
J. Geophys. Res.-Atmosphere
Volume: tbd
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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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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