400MHz帯WPR/RASSによる風速と気温 プロファイルの定常観測の現状と課題

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1 400MHz帯WPR/RASSによる風速と気温 プロファイルの定常観測の現状と課題
佐藤晋介、花土弘、川村誠治、杉谷茂夫、中川勝広、 村山泰啓（NICT）、津田敏隆、古本淳一（京大生存研） NICT-HyARC 平成22年度共同研究集会 2011年3月4日＠NICT沖縄亜熱帯計測技術センター

2 大宜味４４３ＭＨｚＷＰＲ／ＲＡＳＳの研究目的 （１） 風速プロファイルの高高度観測（高分解能・高精度）
（２） 降水の粒径分布（ＤＳＤ）プロファイルの推定 （３） 気温（仮温度）プロファイルの観測 （４） 水蒸気プロファイルの推定 （２０１１年～） ⇒ 開発当初（2001年）の目標、高分解能化の必要性は？ ⇒ 解析は昔から行われている、なぜ自動化できないのか？ ⇒ 新しい技術開発要素はない。騒音問題のため実用化できないのでは？ ⇒ 解析手法は既出だが、ニーズは大きい。京大、気象研と連携？ NICTではリモートセンシング技術の研究開発を目的として おり、先端的計測技術の開発と実証、あるいは機能・性能、 精度・分解能の向上などを目標とし、その検証と応用研究 を実施している。最近は、実用化や社会貢献も求められる。

3 風速プロファイル観測（台風０４１８） 水平風速 → 時間 高度（km） 受信強度 ドップラー速度 （真上ビーム）
SEP05-06, 2004 水平風速 16 m/s 14 m/s 12 高度（km） 10 8 6 4 2 → 時間 00 (SEP05) 06 12 18 00 (SEP06) 06 12JST 受信強度 （ＳＮＲ） ⇒ ほとんどが 降水エコー dB m/s ドップラー速度 （真上ビーム） ⇒ 降水落下速度

4 夏季の平均観測到達高度（非降水時）：８～１０ km 冬季の平均観測到達高度（非降水時） ：４～６ km
晴天時の風速プロファイル（夏季／冬季） m/s 12 19 AUG 2009 m/s 10 8 6 4 2 00 03 06 09 12 15 18 21 24 夏季の平均観測到達高度（非降水時）：８～１０ km m/s 12 17 FEB 2010 m/s 10 8 6 4 2 00 03 06 09 12 15 18 21 24 冬季の平均観測到達高度（非降水時） ：４～６ km

5 大気乱流によるブラッグ散乱と降水粒子 によるレイリー散乱強度の周波数依存性
12 mm/h 2.7 mm/h 0.65 mm/h 0.16 mm/h （Z = 200R^1.6 で計算） 1375MHz 50MHz 443MHz （深尾・浜津, 2005 京大出版会）

6 雨滴粒径分布プロファイルの推定 層状性降雨 粒径分布 対流性降雨 ・ ＤＳＤと鉛直流（ｗ）は 分離できない
Sobs(v)=PtSt(v)+SD(v)＊St(v)+Pn 層状性降雨 SD(v)=C・N(D)・D6・ｄD/ｄｖ DSD算出 粒径分布 大気エコー ＋ 降雪エコー 降雨エコー ↓ スペクトル の広がりは ＤＳＤ 大気エコー 【 ※左図とは別事例 】 （北村ほか、2007水工学論文集） 対流性降雨 スペクトルの広がりはＤＳＤ＋鉛直流 ・ ＤＳＤと鉛直流（ｗ）は 分離できない ⇒ むしろ、同時観測のＣＯＢＲＡ 偏波情報などでＤＳＤを推定して、 ｗプロファイルを求める方が有効？

7 ● 騒音問題により夜間の観測が困難 （現在は７～２０時のみRASS観測）
ＲＡＳＳ観測の問題点 Wind Prof. Zenith リアルタイム レイ・ トレーシングによって、高度毎に音波の発射方向を制御 East South North West Radar beam フェーズドアレイ スピーカーシステム RASS speaker Acoustic wave front 内部に収納 443 MHz Wind Profiling Radar ● 風速が強いと、音波面が流されて 高々度まで観測できない ● 騒音問題により夜間の観測が困難 　　（現在は７～２０時のみRASS観測） 遮音板

8 境界層ＲＡＳＳ観測 （夏季／冬季） 夏季（弱風速）：４～５ km 冬季（強風速） ：１.５～２ km （2008年6月20日）
HEIGHT (km) 夏季（弱風速）：４～５ km （2009年2月10日） HEIGHT (km) 冬季（強風速） ：１.５～２ km

9 低騒音型アレイスピーカー Zenith N-11 W-11 S-11 E-11
既存スピーカーとアレイスピーカーの音量比較（３分後に既存スピーカー１８台オフ。時刻は３月６日、１９時４２分００秒からの経過時間（分：秒）

10 ＲＡＳＳ音量調査結果 遮音板＋金属フェンスで横方向 の音漏れ（騒音）は３０dB以上 下がったが、風下側の山の峰を 回折して伝わる音や逆転層で
主風向 ×/× 遮音板＋金属フェンスで横方向 の音漏れ（騒音）は３０dB以上 下がったが、風下側の山の峰を 回折して伝わる音や逆転層で 反射（屈折）する音は防ぎようが ない。 ⇒ 但し、音量としては音圧計で 計測できない程度なので、音源 の工夫で軽減できる可能性あり。 ● ３７/○ ○/△ ● ● ４８/４０ dB 大宜味大気観測施設 ● ● ４９/４２ ● ４７/○ 国道58号 3 km ● ○/× 至 名護 2010年6月5日 17:00-18:30

11 Ｍ符号を決めるのに １Ｄ変分法 （ＧＰＳ水蒸気量： トータル値＋現業数値 モデル：初期値） を開発中
４４３ＭＨｚＷＰＲ／ＲＡＳＳによる 水蒸気プロファイル推定 radar-derived M |M| M q Ｍ符号を決めるのに １Ｄ変分法 （ＧＰＳ水蒸気量： トータル値＋現業数値 モデル：初期値） を開発中 The sign of M is determined to agree with the sign of M derived from simultaneous radiosonde soundings (dashed lines).

12 まとめ （今後の展望） (1) 風観測 ⇒ 高分解能化、下層（高度1 km以下）観測精度向上
(2) 雨DSD推定⇒ 自動解析処理、対流性降雨の推定手法開発 (3) 気温観測 ⇒ （夜間観測のための）騒音軽減、品質管理 (4) 水蒸気推定 ⇒ ゾンデ観測不要な1D Var開発、自動処理 データ同化実験（気象研） ● 今後は観測データの利用技術 （ニーズの高い水蒸気推定、自動解析処理と品質管理など）、実用化といった目標を立てて、定常観測を継続しつつ社会的貢献度の 高い成果を出していきたい。 下層（高度０．７ km以下） の観測をぜひ実現したい！