アクティブセンサによる雲・エアロゾルの物理特性導出とそれらの相互作用の解明

• Project/Area Number: 14702014
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Meteorology/Physical oceanography/Hydrology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 岡本 創 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (10333783)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥28,210,000 (Direct Cost: ¥21,700,000、Indirect Cost: ¥6,510,000); Fiscal Year 2004: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2003: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2002: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
• Keywords: 気候変動 / 水雲 / 氷雲 / 気候モデル / レーダ / ライダ / エアロゾル / 後方散乱 / 95GHzレーダ / 非球形散乱

Research Abstract

海洋研究開発機構の観測船「みらい」に、95GHz帯(波長3.2mm)を用いる雲レーダと可視と赤外波長を用いるライダという2つのアクティブセンサを搭載し、海上での同時観測を実施した。これら観測による雲とエアロゾルの物理特性を複数のアルゴリズムの適用により抽出する観測データと気候モデルとの比較を通して、気候変動の最大の不確定性要素の一つである雲のパラメタリゼーションと、エアロゾルと雲との相互作用に関する知見を獲得することを目的としている。特に留意している点としては、観測とモデルの双方を密接に関係づけることである。現在までの成果としては、観測データベースをすでに構築し、関連する各研究機関に配付を開始した。レーダとライダの同時観測データから、雲レーダ、ライダのそれぞれの統計解析から、それぞれの測器の観測適用範囲を確立した。これらと、気候モデルとの比較を進め、中緯度では、高度3km以下では、気候モデルが、雲の出現頻度を過小評価すること、高度3-8kmの中層の雲は比較的良く再現されていること、高度8km以上ではモデルが過大評価していること、等がわかった。熱帯でも同様の比較を実施し、中緯度で見られたモデルの過大評価の傾向がさらに強調されることが判明した。これらは、雲の落下速度のパラメタリゼーションに過小評価という問題があるため、雲の寿命が大きくなり、それが雲の出現頻度の過大評価に現れているのではないかと推測している。雲の下層になるほど有効半径が大きいこと、落下速度も有効半径と線形な関係があることなどが観測データから導けた。この他、レーダとライダの同時観測可能な領域は少ないことから、レーダ単独の氷粒子微物理抽出アルゴリズムの必要性があり、これに着手し、落下速度と偏光解消度(Linear Depolarization Ratio LDR)の組み合わせが有効であること等を示した。

Research Products

• [Journal Article] Study of cloud microphysical structure with cloud profiling radar and lidar : Mirai cruise (2005)
  • Author(s): Okamoto et al.
  • Journal Title: Proc.IRS (in press)
• [Journal Article] Retrieval of aerosol optical properties from dual-wavelength polarization lidar measurements (2005)
  • Author(s): Nishizawa et al.
  • Journal Title: Proc.IRS (in press)
• [Journal Article] The effects of nonsphericity and variation in ice crystal bulk density on 95GHz cloud radar signals (2005)
  • Author(s): Sato, K., H.Okamoto
  • Journal Title: Proc.IRS (in press)
• [Journal Article] Subvisual cirrus clouds observation with the 1064-nm lidar, the 95-GHz cloud radar, and radiosondes on the warm pool (2004)
  • Author(s): Iwasaki, et al.
  • Journal Title: Geophys.Res.Lett 31
• [Journal Article] Lidar Observations of Aerosols and Clouds Using the Research Vessel Mirai in the MR01-K02 Cruise (2004)
  • Author(s): Sugimoto et al.
  • Journal Title: エアロゾル研究 2 Pages: 97-102
• [Book] 気象ハンドブック(気象ハンドブック編集委員会編) (2005)
  • Author(s): 岡本 創
  • Publisher: 朝倉書店(印刷中)
• [Publications] H.Okamoto: "An algorithm for retrieval of cloud microphysics using 95-GHz cloud radar and lidar"Journal of Geophysical Research. 108 (D7, 4226) doi 10.1029. AAC4-1-AAC4-16 (2003)
• [Publications] H.Okamoto: "Report for activities in active remote sensing by synergy use of radar and lidar systems for the study of vertical structure of clouds, precipitation and aerosols"Findings and Current problems in the Asian Particle Environmental Change Studies : 2003. JST/CREST/A PEX 2003. 140-147 (2003)
• [Publications] 岡本 創: "気象ハンドブック(気象ハンドブック編集委員会編)"朝倉書店(印刷中). (2004)
• [Publications] H.Okamoto: "Information content of the 95-GHz cloud radar signals : Theoretical assessment of effects of nonsphericiry and error evalucation of the discrete dipole approximation"Journal of Geophysical Research. 107D22. 4-16 (2002)
• [Publications] H.Okamoto: "An algorithm for retrieval of cloud microphysics using 95-GHz cloud radar and lidar"Journal of Geophysical Research. 108(in press). (2003)
• [Publications] H.Kimura, H.Okamoto: "Radiation pressure and pointing-robertson effect for fluffy dust particles"ICARUS. 157. 349-361 (2002)
• [Publications] H.Okamoto: "Studies of clouds by shipborne 95GHz radar and lidar system during the Mirai cruises"Extended abstracts, 11th Conf. on Atmospheric Radiation, Ogden, Utah, Amer. Meteor. Soc.. J53-J56 (2002)
• [Publications] H.Okamoto: "Study of clouds by shipborne radar and lidar measurements during R-V Mirai MR-01-K02 cruise"Proc. of EarthCARE Workshop (second international workshop on space-borne cloud profiling radar) CRL/ARS REPORT. 02-02. 155-164 (2002)
• [Publications] T.Nishizawa, H.Okamoto: "Aerosol retrieval from shopborne lidar measurements during Mirai MR-01/K02 cruise"Proc. of EarthCARE Workshop (second international workshop on space-borne cloud profiling radar) CRL/ARS REPORT. 02-02. 85-92 (2002)