共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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研究課題 |
高精度レーダ降雪強度推定に向けた降雪粒子の立体形状と誘電率データベースの開発 |
| 新規・継続の別 | 継続（平成27年度から） |
| 研究代表者／所属 | 名古屋大学宇宙地球環境研究所 |
| 研究代表者／職名 | 技術専門職員 |
| 研究代表者／氏名 | 民田晴也 |
| 研究分担者／氏名／所属／職名 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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川島正行 | 北大低温研 | 助教 |
| 研究目的 | レーダ気象学の革新的技術開発として、降水粒子の種別とその粒径分布のリモートセンシングがある。雪や霰など固体降水粒子の存在分布が観測できればレーダ降雪強度の観測精度が格段に向上し、雲内の降水粒子の生成・成長過程を観測的に調べることが可能となる。本研究では、レーダ降雪強度推定の高精度化を目標に、独自開発した粒子立体形状観測技術と低温科学研究所の降雪観測機器およびレーダとの同期観測を実施、固体降水粒子の混在分布と個々の粒子のマイクロ波散乱特性を観測・理論の両面から精査するための粒子立体形状、誘電率、およびレーダ反射因子の観測データベースの開発が目的である。 |
| 研究内容・成果 | 降雪粒子のマイクロ波散乱特性の理論計算には粒子立体形状と密度（誘電率）の情報が必要である。粒子立体形状、落下速度、および粒径分布を観測する機器(MSI: Multi-angle Snowflake Imager)を開発しており、平成29年度は12月下旬から3月中旬までの間、低温研の降雪観測機器（2D video disdrometer(2DVD)、降雪強度計）と同期観測を実施した。今年度の観測データは品質確認中であり、ここでは昨年度の観測データを用いた粒子立体形状と密度のデータベース作成進捗について報告する。 粒子形状計測に関しては、レーザラインスキャナと斜め上方から撮影したカメラ画像を組み合わせることで再現性の改善を図った。スキャナのみでは粒子側面シルエット（4方向）から立体形状を合成するため、上から見た凹み形状を再現できない弱点があり、上方カメラ画像を合成することで形状再現性を改善した（図1）。MSIはスキャナ機能のみでも、立体形状を4方向（45度間隔）の側面シルエット画像から再現するため、直交2画像方式の2DVDの観測粒子体積と比較して、板状の降雪粒子に対して形状再現性が改善でき、MSI（スキャナのみ）は44%小さな体積を示す傾向を確認した（図2a）。更に、カメラ画像合成により25%小さな値を示す傾向を確認した（図2b）。粒子体積は密度見積に大きな影響を与える。粒子密度は電子天秤型降雪強度計の観測重量をMSI(または2DVD)の観測積算体積で割り算出するため、各々のセンサの粒子捕捉率と粒子体積精度の評価など、今後、データベース完成に向けた観測値の絶対評価が必要である。現状では、MSIは2DVDと同等の粒子検出数を示すが（図3のSCN>2と2DVDの曲線）、立体形状（スキャナのみ）は10分の1、スキャナとカメラ合成できた粒子は100分の1と少ない（図3）。レーダ観測値と比較するため、立体形状情報を組み込んだ短時間粒径分布が必要であり、立体形状が再現できない粒子に最適な立体形状を与えるアルゴリズム開発も今後の課題である。また、粒子密度は粒子サイズにより異なるが、現在は20分間積算から平均密度を算出しており、個々の粒子密度を推定するアルゴリズム開発と評価が今後の課題である。 |
| 成果となる論文・学会発表等 |
Minda， H.， N. Tsuda， and Y. Fujiyoshi， 2017: Three-dimensional shape and fall velocity measurements of snowflakes using a multi-angle snowflake imager， J. Atmos. Oceanic Tech.， 34， 1763-1781，DOI:10.1175/JTECH-D-16-0221.1 民田晴也， 久島萌人， 川島正行， 藤吉康志， 2017: 降雪粒子の立体形状と落下速度計測， ワークショップ 降雪に関するレーダーと数値モデルによる研究 in 長岡(16回) ~雪崩につながる不安定積雪を作る降雪~， 防災科学研究所 雪氷防災研究センター（長岡）， 2017.11.22 |