全球雲・エアロゾル微物理特性解明のための次世代型アクティブセンサシステム

用于阐明全球云和气溶胶微物理特征的下一代主动传感器系统

基本信息

批准号：
17H01162
负责人：
岡本創
金额：
$ 29.37万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

初年度は、5月31日課題辞退時までに、まず地上観測用の3波長(355nm, 532nm,1064nm)の減衰後方散乱係数、2波長(355nm, 532nm)の消散係数と同じ２つの波長での偏光解消度を可能とする多波長高スペクトル分解ライダの開発を進めた。まず波長532nmは高スペクトル分解ライダで、波長355nmはラマンライダによって、多波長高スペクトル分解ライダと同等のものの観測データ解析を行った。ラマンの制約から夜間だけの多波長消散係数の実現となる。まず消散係数と後方散乱係数の比をライダー比というが、氷粒子についてライダー比と偏光解消度の関係を解析した。波長532nmではライダーは10から20程度の値を、偏光解消度は50%程度の値を示していた。また532nmの方がライダー比と偏光解消度ともに355nmよりも大きくなるという波長依存性が示唆された。物理光学手法による散乱計算によるDroxtals粒子, 水平面に偏って存在する六角柱粒子、水平面に偏って配向する平板状粒子など様々な形状や配向の氷粒子の後方散乱特性の解析を進めた。観測から得られた値は、理論的に解析された値から説明されることがわかった。水雲に対する衛星搭載ライダや地上で開発されている多視野角多重散乱ライダの理論的解析も進めた。物理モデルに基づく高速なライダの凖解析的多重散乱解析法を開発した。この手法では初めて任意の散乱回数の発生する多重散乱の影響を強く受けた光学的に厚い雲の偏光解消度の計算を実現した。モンテカルロ法による計算よりも3－4桁程度早いことが確認された。モンテカルロ法によってえられた解によってこの手法の妥当性が確認された。

第一年，即项目撤销时的5月31日之前，必须同时确定地面观测的三个波长（355nm、532nm、1064nm）的衰减后向散射系数和两个波长（355nm、532nm）的消光系数。我们开发了一种多波长高光谱分辨率激光雷达，可以实现一定程度的去偏振。首先，使用波长为532 nm的高光谱分辨率激光雷达和波长为355 nm的拉曼激光雷达对观测数据进行分析，这相当于多波长高光谱分辨率激光雷达。由于拉曼的限制，多波长消光系数只能在夜间实现。首先，消光系数与后向散射系数的比值称为激光雷达比，我们分析了激光雷达比与冰粒子消偏振程度之间的关系。在532 nm波长处，激光雷达值在10~20左右，消偏程度在50%左右。此外，还表明了波长依赖性，532 nm 处的激光雷达比和去偏振度均大于 355 nm 处。我们利用物理光学技术进行散射计算，分析了不同形状和方向的冰颗粒的后向散射特性，例如Droxtals颗粒、偏向水平面的六角柱状颗粒和偏向水平面的板状颗粒。人们发现，从观察中获得的值可以用理论上分析的值来解释。我们还对星载水云激光雷达和地面多视角多重散射激光雷达进行了理论分析。我们开发了一种基于物理模型的高速激光雷达解析多重散射分析方法。使用这种方法，我们第一次能够计算光学厚云的去偏振程度，这些云受到任意数量的散射发生的多重散射的强烈影响。经证实，该方法比使用蒙特卡罗方法的计算速度快约3-4个数量级。蒙特卡罗方法得到的解验证了该方法的有效性。