GPS電波の掩蔽測定を用いた温度プロファイルの観測法に関する研究

GPS电波掩星测量温度廓线观测方法研究

基本信息

批准号：
00F00279
负责人：
津田敏隆
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

水蒸気は多くの大気過程で重要な役割を担っているため、大気力学を理解する上で水蒸気構造に関する情報は重要である。我々は新しい水蒸気計測手法として、ダウンルッキング型GPS掩蔽法(以下DL掩蔽法)に注目した。これは富士山などの孤立峰山頂から地平線に沈み行くGPSを観測し、ある特定地域における地表付近の水蒸気鉛直構造を高精度で計測できると考えられている。そこでDL掩蔽を実現し、そのデータ解析を行うべく解析システムの開発に取り組んだ。解析システムは導出された水蒸気が数値天気予報に利用するのに十分な精度を持つ様に設計し、シミュレーションを通して精度検定も実施した。GPS掩蔽法による水蒸気計測は、GPS電波の屈折特性(伝搬経路の湾曲程度を表す屈折角)から屈折率を導出することで行われる。私は屈折率導出のため、最小二乗法とAbel変換の2通りの方法によるソフトウェアを開発した。前者については昨年度完成させ、シミュレーションデータを使った検定では鉛直分解能100mで0.1hPaの精度を持つ水蒸気が導出できることを確認している。一方、Abel変換は低軌道衛星によるGPS掩蔽法の解析では一般的に使われているが、DL掩蔽観測データの解析に実践的に適用するのは初めてである。低軌道衛星とDL掩蔽法の場合では、大気中を通過する伝播経路に違いがあり直接的にはAbel変換を適用できないため、"パーシャル屈折角"を導入して解析を行った。シミュレーションデータを用いた検定では非常に有用であることが確かめられた。京都大学宙空電波科学研究センターで富士山DL掩蔽観測データから解析された屈折角を用いて、今回開発したAbel変換の解析を実施し、屈折率鉛直分布の導出に世界で初めて成功した。この屈折率は、ラジオゾンデ観測とも良い一致を示す。この結果をオーストリアで9月に行われたOPAC-1ミーティングで発表した。また、Abel変換のシミュレーションについては、6月の合同大会及び1月のGPS気象学国際ワークショップで発表をした。

由于水蒸气在许多大气过程中发挥着重要作用，因此有关水蒸气结构的信息对于了解大气动力学非常重要。我们重点研究了下视GPS掩星法（以下简称DL掩星法）作为一种新的水汽测量方法。人们认为，通过观察富士山等孤山山顶沉入地平线时的 GPS 信号，可以高精度测量特定区域内表面附近水蒸气的垂直结构。因此，我们致力于开发一个分析系统来实现DL掩星并分析数据。分析系统的设计使得导出的水汽具有足够的精度用于数值天气预报，并通过模拟验证了精度。 GPS掩星法的水蒸气测量是根据GPS电波的折射特性（表示传播路径的弯曲程度的折射角）导出折射率来进行的。我开发的软件使用两种方法来导出折射率：最小二乘法和阿贝尔变换。前者已于去年完成，使用模拟数据进行的测试已证实，可以在垂直分辨率为100 m的情况下以0.1 hPa的精度导出水蒸气。另一方面，虽然阿贝尔变换常用于低轨卫星GPS掩星方法的分析，但将其实际应用到DL掩星观测数据的分析中还是第一次。对于低轨卫星和DL掩星方法，由于穿过大气层的传播路径不同，无法直接应用阿贝尔变换，因此我们引入了“部分折射角”进行分析。经证实，使用模拟数据的测试非常有用。利用京都大学宇宙射电科学研究中心的富士山DL掩星观测数据分析的折射角，对新开发的阿贝尔变换进行分析，在世界上首次成功导出了折射率垂直分布。该折射率也与无线电探空仪的观测结果显示出良好的一致性。结果于 9 月在奥地利举行的 OPAC-1 会议上公布。我们还在6月份的联席会议和1月份的GPS气象学国际研讨会上介绍了阿贝尔变换的模拟。