Development of observation method to analyze the formation of heavy rainfall with dual-polarized radar. Where is big raindrops formed?

发展双偏振雷达分析暴雨形成的观测方法。

• 批准号: 20K04092
• 负责人: 足立 アホロ
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Japan, Meteorological Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04092/
• 关键词: 二重偏波レーダー; 雨滴粒径分布; 偏波パラメータ; レーダーシミュレーター; 雨滴粒径分布推定; 雨の粒径分布推定; 温度依存性; 雨の粒径分布; 豪雨; 二重偏波レーダー; 雨滴粒径分布; 偏波パラメータ; レーダーシミュレーター; 雨滴粒径分布推定; 雨の粒径分布推定; 温度依存性; 雨の粒径分布; 豪雨

本研究課題の中心となるのは、レーダーシミュレーターの開発と、これを用いた二重偏波レーダーで観測される偏波パラメータから雨の粒径分布を推定する手法の開発である。雨の粒径分布は単位体積の大気中の各雨粒の数をその大きさ別に表したもので、平均直径(D0)、数密度(Nw)、形状指数(μ)の3個のパラメータで規定されるガンマ函数で近似できることが知られている。粒径分布が分かれば降水強度など単位体積の大気中の雨に関する平均値のほか、これを構成する雨粒の大きさと個数も分かるため、大粒の雨の有無や、時間変化から雲の中で雨がどのように成長しているかも推定できる。粒径分布の3つのパラメータのうちμは各直径の雨粒の個数の割合を表すため、雨滴成長の解析に重要である。しかし形状指数の水底には理論的には非線形方程式を解く必要があり、これまで偏波パラメータから解析的に推定することは世界的にもされていなかった。そこで本課題ではシミュレーターを改良し、相関係数(ρhv)からμを推定する手法を開発した。相関係数は偏波レーダーで得られるデータの一つであるがこれまで定量的に利用されてこなかった。これは、従来のレーダーの出力が時間的に不安定なため、観測精度が不十分であったためである。しかし本研究で用いるレーダーは送信素子に従来のような真空管ではなくトランジスタで構成され出力が格段に安定しているためρhvは理論値に極めて近く利用が可能となった。そこで本課題ではシミュレーターを高度化し、平均直径(D0)、数密度(Nw)だけでなく、相関係数(ρhv)からμを推定する手法の開発と改良を行った。この手法を用いて強雨の1事例の解析を行い、地上観測と比較し精度検証をしたところ、比較的よく一致した。この結果については国際学会などで発表を行った。

该研究主题的中心部分是开发雷达模拟器，以及一种使用这种方法从双极化雷达观察到的降雨粒径分布的方法的开发。雨粒径分布是大气中雨滴数量的单位体积，以其大小表示，并且已通过三个参数定义的伽马函数近似：平均直径（D0），数量密度（NW）和形状指数（μ）。如果您知道粒径分布，您可以看到单位体积中大气中降雨的平均值，例如降水强度，以及构成这一点的雨滴的尺寸和数量，因此您可以估计是否有大雨水以及雨水在云中如何基于时间变化。在粒度分布的三个参数中，μ表示每个直径的雨滴数量的比例，对于分析雨滴生长很重要。但是，从理论上讲，非线性方程需要在形状索引的底部求解，到目前为止，尚未根据全球极化参数进行分析估计。因此，在这个主题中，我们改善了模拟器，并开发了一种从相关系数（ρHV）估算μ的方法。相关系数是用极化雷达获得的数据之一，但到目前为止尚未定量使用。这是因为传统雷达的输出时间不稳定，并且观察准确性不足。但是，本研究中使用的雷达由晶体管而不是常规真空管组成，并且输出非常稳定，因此ρHV非常接近理论值，并且可以使用。因此，在此任务中，我们不仅从平均直径（D0）和数量密度（NW），而且相关系数（ρHV）从平均直径（D0）和数量密度（NW）进行了完善并改进了一种用于估计μ的方法。使用这种方法，我们分析了与地面观测和验证准确性相比，我们分析了一个大雨的情况，并发现相对较好的一致性。这些结果是在国际学术会议和其他地方提出的。