Reconstruction of a conceptual model for the structure and development process of cumulonimbus clouds by high-frequency 3-dimensional cloud, precipitation, and lightning observations

利用高频三维云、降水和闪电观测重建积雨云结构和发展过程的概念模型

基本信息

批准号：
21H01162
负责人：
大東忠保
金额：
$ 11.07万
依托单位：
National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
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

当該年度は夏季に関東において積乱雲の集中観測を行った。環境場ゾンデ観測については、2022年8月18日から27日の10日間につくば市の防災科学技術研究所で行った。朝8時から夕方17時の間に、時間間隔は最短で1時間、1日最大10回の高頻度放球を行った（23日、24日、25日、27日）。全部で62回の放球を行い、早期に気球が破裂した2回を除く60回で、地面からの加熱の影響が大きい下層5kmを含むデータを取得した。また、うち51回では気象庁館野の高層気象観測点における8月の対流圏海面高度に近い16.5kmよりも高い高度まで観測した。ゾンデ観測と同期させて防災科研のKaバンド雲レーダー、Xバンド降水レーダー、走査型ライダー、タイムラプスカメラ、雷放電経路3次元観測システムLMA等を用いて、雲の内部構造や発達過程に関してもデータを取得した。1日10回のラジオゾンデ観測を行った8月23日と27日の2日間を比較した。23日は衛星から層状の雲が広がっていたことが確認されたが、27日は日射がより多く対流性の雲が多かった。温度は23日は2km以下、27日は1km以下で午前中増加し成層が不安定化した。それより上空での温度の変化は大きくなかった。1日の中での気温の変化の少なかった高度1.5km以上の気温が27日の方が低く不安定なことが、対流性の雲の多さと一致した。一方で、最下層の露点温度にはあまり変化はない。したがって、最下層の水蒸気の絶対量の変化はないが相対湿度としては温度の上昇に伴う減少がみられた。加えて、雲の発生初期を観測した過去の雲レーダーデータを同化した数値実験を行い、雨が降る前から局地的大雨を予測することに成功した。その結果をとりまとめ、論文が国際誌に掲載された。また、積雲が積乱雲に選択的に発達する過程の解明に向けて、発達する雲のみを選択的に同化する手法の開発に着手した。

今年，我们在夏季对关东地区的积雨云进行了密集观测。 2022年8月18日至27日，在筑波市地球科学研究所进行了为期10天的环境现场探空观测。高频投球时间为上午8:00至下午5:00，最短间隔1小时，每天最多投球10次（23日、24日、25日、27日）。总共释放了 62 个气球，其中 60 个气球（不包括早期的两次爆炸）获得的数据包括较低的 5 公里层，来自地面的加热对其影响很大。此外，其中51次观测的高度超过16.5公里，接近日本气象厅馆野高层气象观测站8月份的对流层海平面高度。与探空仪观测同步，NIED的Ka波段云雷达、X波段降水雷达、扫描激光雷达、延时相机、3D闪电放电路径观测系统LMA也将收集云内部结构和发展过程的数据等获得。我们比较了 8 月 23 日和 27 日这两天，无线电探空仪每天进行 10 次观测。 23日卫星观测证实层状云正在扩散，但27日太阳辐射较多，对流云较多。 23日气温低于2公里，27日气温低于1公里，早晨气温升高，层结变得不稳定。较高处没有大的温度变化。白天变化不大的1.5公里以上海拔地区，27日气温较低且更加不稳定，此时恰逢对流云较多。另一方面，最底层的露点温度变化不大。因此，虽然底层水蒸气的绝对量没有变化，但相对湿度随着温度的升高而降低。此外，他们还进行了一项数值实验，吸收了过去观察到云形成早期阶段的云雷达数据，并成功地在暴雨开始之前预测了局部暴雨。研究结果被汇编并在国际期刊上发表论文。此外，为了阐明积云选择性发展为积雨云的过程，我们开始开发一种仅选择性同化正在发展的云的方法。