[Japanese]
修士論文要旨(尾上 万里子)
梅雨期の沖縄周辺における対流セル内の
降水粒子分布特性
尾上 万里子
対流セルは、大雨をもたらす降水システムの構成要素の一つである。対流セル内で
形成された降水粒子が多量に地上にもたらされることで強い降水になる。対流セルに
よる降水現象を理解するためには、対流セル内の降水粒子の形成過程を理解する必要
がある。その形成過程に依存して、降水粒子の大きさや種類は様々な分布をとる。し
たがって、降水粒子の形成過程を理解するためには、対流セル内の降水粒子の空間分
布および地上雨滴粒径分布(DSD) を明らかにすることが必要不可欠である。
梅雨期の沖縄に代表される湿潤環境場においては、降水システム内に発達高度の低
い対流セルが存在することや、層状性降水域で発達する対流セルが存在することなど、
湿潤環境場特有の対流セルの特徴が報告されている。このような対流セル内の降水粒子
の空間分布および粒径分布を明らかにするため、梅雨期の沖縄において観測を行った。
2006 年6 月10 日に観測された降水システムに伴う対流セルについて、マルチパラ
メータレーダーデータとディスドロメーターデータを用いて、偏波パラメータおよび
地上のDSD を調べた。この降水システムは、幅約200 km で、東北東から西南西に走
向を持ち、南西から北東に移動して沖縄本島を通過した。降水システムの南端は、梅雨
前線付近で次々と対流セルが発生している対流の活発な領域(対流域) であった。対流
域の北側は層状性降水域(層状域) が広がり、この層状域にも対流セルが散在していた。
まず、層状域と対流域それぞれに存在していた対流セルのうち、ディスドロメーター
観測地点を通過した2 つの対流セルの、偏波パラメータおよび地上のDSD を調べた。
層状域に存在していた対流セルの30 dBZ のエコー頂高度は6 km以下と低かったが、
反射強度および地上の降水強度は大きかった。偏波パラメータの解析から、高度3.5 km
の下層では、多数の小粒径の雨滴が存在して大きい反射強度となったことがわかった。
DSD の解析から、地上の大きい降水強度は、多数の直径1 mmから2 mmの小粒径の
雨滴によってもたらされたことがわかった。ドップラー速度から求めた高度2 km以下
の収束は弱かったことから、弱い上昇流が存在したと考えられる。下層の収束域で上
昇流が生じると、下層が湿潤であるために低い高度で凝結し、弱い上昇流の中で多数
の小粒径の雨滴が形成されたと考えられる。下層が湿潤であるため雨滴の蒸発は小さ
く、小粒径の雨滴でも地上に達し、大きい降水強度となったと考えられる。一方、対流
域に存在していた対流セルにおいても、30 dBZ のエコー頂高度は6 km以下と低かっ
たが、反射強度および地上の降水強度は大きかった。偏波パラメータの解析から、高
度3.5 km の下層では、大粒の雨滴が存在し大きい反射強度となったことがわかった。
DSD の解析から、地上の大きい降水強度は、直径3 mm以上の雨滴によってもたらさ
れたことがわかった。ドップラー速度から求めた高度2 km以下の収束は強かったこと
から、強い上昇流が存在したと考えられる。上昇流が生じると、下層が湿潤であった
ために低い高度で凝結し、強い上昇流の中で雨滴が大粒径に成長したと考えられる。
次に、同じ降水システムに伴う層状域の対流セル31 個、対流域の対流セル29 個の
偏波パラメータの高度分布を調べた。その結果、高度3.5 km以下において、層状域の
対流セルに小粒径の雨滴が多数存在し、対流域の対流セルに大粒の雨滴が存在したと
いう、詳細に解析した2 例の対流セルと同様の特徴を確認した。
本研究では、2006 年6 月10 日に沖縄で観測された降水システムにおいて、層状性降
水域に多数の小粒径の雨滴で構成されている対流セルが存在し、対流域に大粒の雨滴
を含む対流セルが存在するという、降水粒子分布特性を明らかにした。この降水粒子
分布特性から考えられる、降水粒子形成過程の議論から、湿潤環境場における降水現
象を理解するための研究の糸口を示した。
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[English]
Distribution of Precipitation Particles in Convective Cells
around Okinawa Island during the Baiu Period
Mariko OUE
Convective cells are components of a precipitation system, which
sometimes produces
heavy rainfalls. A large number of precipitation particles in the
convective cell produce
a strong rainfall when they reach to the ground. Formation processes
of precipitation
particles in the convective cell are important physics for
understanding precipitation
phenomena. Distributions of precipitation particles in the convective
cell vary with
the formation processes. In order to understand formation processes of
precipitation
particles in the convective cell, it is important to reveal the
distribution of precipitation
particles in the convective cell.
Convective cells having low echo-top height and that in a stratiform
rain zone exist in
a humid environment, as in Okinawa during the Baiu period. In order to
reveal distributions
of precipitation particles in convective cells developing in a humid
environment,
we made observations in Okinawa Island during the Baiu period.
We analyzed distributions of precipitation particles in convective
cells associated
with the Baiu frontal rainband on 10 June 2006 by using polarimetric parameters
and raindrop size distribution (DSD). The rainband extending from
east-northeast to
west-southwest over East China Sea moved northeastward and passed over Okinawa
Island. The rainband had a convective region along the southern edge
of the rainband
and a stratiform rain zone to the north of the convective rain zone. A
convective cell
embedded in the stratiform rain zone and a convective cell in the
convective rain zone
were selected for analysis.
The former had low echo-top height (of 30 dBZ) less than 6 km, intense
reflectivity
and strong rainfall intensity. Analyzing polarimetric parameters in
the convective cell,
it was revealed that a large number of small raindrops contributed to
the intense
reflectivity below the height of 3.5 km. Analyzing DSD, contribution
of raindrops
from 1 mm to 2 mm in diameter to the strong rainfall intensity was revealed. In
this convective cell weak convergence was analyzed at the low altitude
by Doppler
velocity. In the convective cell, a following process was considered;
when updraft was
formed over the convergence region at the low altitude, condensation
occurred in the
low altitudes in the moist environment. A large number of small
raindrops formed in
the weak updraft. The raindrops fell down without growing to large raindrops and
with little evaporation of raindrops.
The latter also had low echo-top height (of 30 dBZ) less than 6 km,
intense reflectivity
and strong rainfall intensity. Analyzing polarimetric parameters in
the convective
cell, it was revealed that large raindrops contributed to the intense
reflectivity below
the height of 3.5 km. Analyzing DSD, contribution of raindrops exceeded 3 mm in
diameter to the strong rainfall intensity was revealed. In this
convective cell strong
convergence was analyzed at the low altitude by Doppler velocity. In
the convective
cell, a following process was considered; condensation occurred in the
low altitudes in
the moist environment. Raindrops grew large in the strong updraft.
To confirm the generality of the above mentioned distribution of
precipitation particles,
31 convective cells embedded in the stratiform rain zone and 29 convective cells
in the convective rain zone were analyzed using polarimetric
parameters. Convective
cells embedded in the stratiform rain zone had a large number of small
raindrops below
the heitht of 3.5 km. Convective cells in the convective rain zone had
large raindrops
below the heitht of 3.5 km. These characteristics were the same as
that of the two
convective cells in detail.
Two types of distribution of precipitation particles in convective
cells associated
with the the Baiu frontal rainband on 10 June 2006 were revealed: predominance
of small raindrops in the convective cell embedded in the stratiform
rain zone and
existence of large raindrops in the convective rain zone. Based on
these distribution of
precipitation particles, we showed a clue to understand precipitation
phenomena in a
humid environment through the discussion of the formation processes of
precipitation
particles in convective cells.
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