Elucidation of the mechanism of "warm rain" in urban atmosphere and optimization of numerical forecast models

城市大气“暖雨”机理解析及数值预报模型优化

基本信息

批准号：
21H01163
负责人：
三隅良平
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Nihon University (2022-2023)National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

東京における「暖かい雨」の実態を解明するため、2019年8月19～20日に東京付近に激しい雨をもたらした暖かい対流雲について、Xバンド偏波レーダ、Kaバンドレーダ、雲粒スペクトロメータ、光学式ディスドロメータを用いてその特徴を記述するとともに、パーセルモデル・シミュレーションにより降水形成過程を調べた。レーダ反射因子と比偏波間位相差が下層ほど増加する傾向にあり、降雨粒子が併合成長しながら落下していることが示唆された。一方レーダ反射因子差は下層ほど減少する傾向があり、エコー頂付近に低濃度の大きな雨滴が存在することが可能性として示された。また降水雲は複数のストリーク状エコーで構成されていた。雲底付近の雲粒数濃度は、平均370 cm-3、最大値606 cm-3で、東京の下層雲の平均値（213 cm-3）より大きかった。パーセルモデル・シミュレーションの結果は、凝結過程を通して高度2 kmより上空では暖かい雨を引き起こすのに十分な量の併合成長可能な雲粒が形成されることが示された。以上の結果から、雲底付近の大雲粒の存在に関係なく、雲粒の凝結成長・併合成長によって暖かい雨が生じていると考えられる。ただしストリーク状エコーを形成するためには併合成長可能な雲粒が集団として形成される必要があり、そのメカニズムは不明である。東京スカイツリーにおける長期観測で得られた平均的な雲粒粒径分布に基づき、気象庁非静力学モデル（JMA-NHM）の２モーメントスキームでの雲粒粒径分布を修正し、東京における暖かい雨についてシミュレーションを行った。その結果、雲粒粒径分布を修正することによって降水効率が増加し、より現実的な降水が再現されることが分かった。

为了阐明东京“温暖的雨”的现实，使用X波段极化雷达，KA波段雷达，云晶粒光谱仪和光学圆柱体以及使用PARCEL模型模拟模拟模型进行了研究。雷达反射因子和特定极化之间的相位差异倾向于向下层增加，这表明降雨颗粒一起生长在一起。另一方面，雷达反射因子的差异倾向于下层降低，这表明大型，低浓度的雨滴存在于回声顶部附近。降水云还由多个条纹状的回声组成。云基碱附近的云晶粒的浓度为平均370 cm-3，最大为606 cm-3，大于东京下部云的平均值（213 cm-3）。包裹模型模拟的结果表明，通过缩合过程，在2 km的高度上形成了足够数量的合并生长的云晶粒，以引起温暖的降雨。从以上结果来看，人们认为温暖的降雨是由云颗粒的凝结和合并的生长引起的，无论云底座附近存在大云颗粒。但是，为了形成条纹状的回声，有必要形成一组可以组合和生长在一起的云颗粒，并且其机理尚不清楚。根据东京Skytree的长期观察结果获得的平均云粒度分布，对日本气象局的两瞬间方案下的云粒度分布进行了修订，并修改了日本气象局非静态模型（JMA-NHM），并在东京的温暖雨中进行了模拟。结果，发现对云粒度分布的校正提高了降水效率，并且可以再现更现实的降水效率。