2014 Fiscal Year Research-status Report
降雪粒子マイクロ波散乱問題解決に向けた３次元粒子構造モデルの開発
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26400464
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
民田 晴也 名古屋大学, 地球水循環研究センター, 技術専門職員 (80422765)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津田 紀生 愛知工業大学, 工学部, 教授 (20278229)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 降雪粒子観測 / 粒径分布計 / マイクロ波散乱 / レーザ形状計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーダ降雪強度推定技術の実用化には雪などの固体降水粒子のマイクロ波散乱の知見の深化が必要である。降雪現象は雨滴、霙、霰、雪などが混在でき、そのマイクロ波後方散乱断面積は粒子毎に千差万別である。本研究では、固体降水粒子の立体形状計測機器を開発、実在する粒子形状と粒径分布データベースを開発することが最大の目的である。研究期間の前半は観測機器および粒子立体化アルゴリズムの開発が目標であり、期間後半は取得立体形状を利用した散乱計算を実施、観測レーダ反射因子との比較を通した計算技術の向上とデータベースの検証を目標とする。
平成26年度（初年度）は観測機器開発を行った。大粒径の降雪粒子に対応するため、計測幅40mm、計測分解能0.105mmの高速ラインスキャナを開発、均一性能のスキャナを４台組み合わせ、４方向（45度毎）から粒子画像を取得することで立体形状を計測する機器を開発した。ラインスキャナは鉛直分解能が計測レーザシート光を通過する粒子落下速度に依存する弱点があり、開発機器では高度差2 mmの中に４つの計測シート光を配置、各シート光による粒子検出時間差から粒子落下速度を導出、鉛直分解能を補正する機能を組み込んだ。初年度に長期間の観測実験計画はなかったが、１月下旬から３月下旬までの２ヵ月間、北海道大学低温科学研究所で観測実験を実施、多くのデータを収集できた。長期観測から平成27年度に向けての改善点が明確となり、開発機器の性能向上・機能追加の方向性を見出すことができている。
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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
初年度は機器試作とスポット観測が目標であったが、開発計画を前倒して進めることができ、北海道大学低温科学研究所で２ヵ月間の降雪観測が実施できた。この観測で乾雪から雨までの多様な気象条件でデータ取得ができ、科学的成果につながり得る質の高いデータを多く収集できた。機器開発とデータ収集は計画より進展しているが、立体化アルゴリズム開発などで前倒しはなく、全体としては計画書通りの進捗である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の達成目標は下記の２項目である。
（１）降雪粒子立体形状計測機器の機能向上と観測実験によるデータの蓄積
平成26年度の観測で生じた問題点に対策を施すと同時に、融解粒子を判別するためのグレイスケール化などの機能向上を加えた新型を開発する。平成27年度も北海道大学低温科学研究所において、含水率計など北海道大学の降雪観測機器との同期観測運用を予定している。また、名古屋大学から小型軽量なマイクロレインレーダを移設、降雪粒子とレーダ反射因子観測を実施する。
（２）粒子立体化アルゴリズムの開発
早期のアルゴリズム開発により、平成26年度の観測データの品質確認と機器開発へのフィードバックを急ぐ。同時に粒子種別判別アルゴリズムを開発し、固体降水粒子形状の特徴理解、粒子種別分類に必要な増設計測項目を整理、開発機器の計測能力強化につなげる。
平成27年度以降は、取得粒子立体形状を利用したマイクロ波散乱計算の実施、雪や霙などの粒子種別判別アルゴリズム開発、粒子種別毎の粒径分布導出など、粒子構造モデルの精度評価や新たな応用分野調査を順次実施し、より利用価値の高いデータベース開発につなげる計画である。
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| Causes of Carryover |
平成２７年度に北海道大学での観測実験を計画しているが、機器開発のために初年度（平成26年度）に集中して予算計上したため、平成27年度に機器開発と観測旅費の支出が困難と予想し、平成26年度の開発計画を変更し計画的に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
観測機器開発または北海道大学への観測旅費として使用する。
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