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大気レーダーは、天候に関わりなく、高時間分解能で風向風速の高度分布を連続的かつ自動的に観測できることから、気象研究から予報業務まで広範囲に利用されている。大気レーダーの晴天時の散乱体は、大気乱流や密度成層などから生じる屈折率変動と言われている。過去にラジオゾンデとの同時観測から、気温や湿度変動とレーダー観測エコーとの対応が議論されているが、概ね説明がつくものの、両者の差異はレーダーとラジオゾンデの観測領域の違いが原因とされてきた。本研究では、MUレーダー上空を気象センサーを搭載した小型無人航空機(UAV)で直接測定し、大気レーダーの散乱機構を観測的に明らかにすることを目的とする。
2015年6月1～14日、2016年5月25日～6月14日にMUレーダーとUAVとの同時観測実験を実施した。本研究は、米コロラド大・仏トゥーロン大・LATMOSの研究者との国際協同研究であり、実験にはコロラド大で開発されたUAVを使用した。MUレーダーは天頂ビームで46～47MHz範囲で等間隔の5周波数のレンジイメージングモードで運用した。また、水平風の情報も得るため、天頂角10°で北、北東、東、南東、南の5方向にビームを走査するモードも併用した。
MUレーダーのレンジイメージングによる高時間・高度分解能データを用いて初めて屈折率勾配Mを推定し、それをUAV推定結果と比較した。両者は概ね一致する結果が得られたが、成層領域で一致しないケースがあり、詳細検討の結果、小さな気温逆転層が存在している場合に一致しないことが明らかとなった。一方、大気乱流の存在が示唆される領域ではMUレーダー観測結果の方が大きくなる傾向が見られた。これは、MUレーダーで得られるエコーが全てMの寄与であると仮定したためと考えられ、それ以外の寄与も大きいことが示唆された。
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