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。

基本信息

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

项目摘要

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。

该研究项目的主要重点是开发雷达模拟器以及开发一种使用该模拟器根据双偏振雷达观测到的偏振参数来估计雨滴尺寸分布的方法。雨滴尺寸分布是根据尺寸来表示单位体积大气中雨滴的数量，由三个参数定义：平均直径（D0）、数密度（Nw）和形状指数（μ）。众所周知，它可以通过伽玛函数来近似：如果知道粒度分布，不仅可以知道大气单位体积内降雨量的平均值，例如降水强度，还可以知道组成雨滴的大小和数量。估计它是如何增长的。在粒径分布的三个参数中，μ代表每个直径的雨滴数量的比例，因此对于分析雨滴生长具有重要意义。然而，从理论上讲，需要求解非线性方程才能确定形状指数的底部，并且到目前为止，世界上还没有人能够根据偏振参数对其进行解析估计。因此，在这个项目中，我们改进了模拟器并开发了一种根据相关系数（ρHV）估计μ的方法。相关系数是偏振雷达获得的数据之一，但目前尚未得到定量使用。这是因为常规雷达的输出随着时间的推移不稳定，导致观测精度不够。不过，本研究中使用的雷达的传输元件不再像过去那样是真空管，而是晶体管，而且输出更加稳定，使得可以使用极其接近理论值的ρHV。因此，在这个项目中，我们升级了模拟器，并开发和改进了一种不仅根据平均直径（D0）和数密度（Nw）而且根据相关系数（ρhv）估计μ的方法。利用该方法对一起暴雨案例进行了分析，并与地面观测结果进行对比，验证了其准确性，吻合较好。研究结果在国际会议和其他会议上发表。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Retrieval of Attenuation Profiles from the GPM Dual-frequency Radar Observations

从 GPM 双频雷达观测中检索衰减剖面

DOI：
10.2151/jmsj.2021-030
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takahisa KOBAYASHI; Mitsuharu NOMURA; Ahoro ADACHI; Soichiro SUGIMOTO; Nobuhiro TAKAHASHI; Hiromaru HIRAKUCHI
通讯作者：
Hiromaru HIRAKUCHI

Estimation of raindrop size distribution from C-band polarimetric radar measurements

根据 C 波段极化雷达测量估计雨滴尺寸分布