[Japanese]
修士論文要旨(宮井 星児)

梅雨期のメソ対流系層状性降水域における 氷晶の粒径分布の鉛直観測

宮井 星児

梅雨期に発生するメソ対流系は、高湿潤場で形成される深い対流システムであり、下層で 相当温位の高い空気塊の流入によってそれが維持されてしばしば顕著な降水をもたらす。メ ソ対流系の維持や形成メカニズムは明らかになっているが、その雲微物理過程を理解するた めに、大きさが500 m未満の氷晶に着目した研究は無く、それを直接観測した事例はない。 氷晶は様々な大きさや形状で存在するので、その数濃度、粒径分布の鉛直分布を把握するこ とは雲内での降水の形成・発達過程を理解するために必要不可欠である。本研究では、2008 年6 月12 日の梅雨期に発生したメソ対流系の層状性降水域の氷晶の形状、数濃度、混合比 そして粒径分布の鉛直分布を示すことを目的として、沖縄本島においてビデオゾンデの一種 であるHYVIS(HYdrometeor VIdeoSonde) を用いた氷晶の直接観測を行い、氷晶の画像デー タを解析した。

本研究でのメソ対流系は幅約100 km、長さ約500 km であった。東シナ海上の梅雨前線付 近で発達しながら東進し、層状域が沖縄本島の上空に広がったとき、1426JST にHYVIS を 放球した。この層状域では、ブライトバンドが約4km に確認された。得られた氷晶の画像か ら氷晶をNeedle、Column、Plate、Column and Plate、Aggregate、Undefined に分け、形状 ごとの全氷晶数を出した。そして10 m区切りの最大径(氷晶の縦、横の長さのうち、それ らが最大となる方の長さ) を求め、氷晶の形状、数濃度、混合比、と粒径分布の鉛直分布を 求めた。

過冷却水滴は観測されず、また過冷却水滴を捕捉したライミングした氷晶はなかった。氷 晶のタイプは圧倒的にPlate が多かった。これは、氷過飽和度が~10 %と低い値であったた めだと考えられる。100 μm未満の氷晶の数濃度のオーダーは105 m−3 でそれ以上のものは 104 m−3 であった。Undefined は10 から20 m の氷晶がほとんどで、高度11.5 km でその 数濃度が顕著であり、またこの高度での100 mの未満の鉛直数濃度分布がピークとなって いた。

粒径分布曲線は、その切片と傾きを示すN0、Λのパラメータ値を定量的に得るため、Marshall- Palmer 分布による指数関数のフィッティングを行うことによって求めた。そしてN0、Λ の鉛 直プロファイルから、氷晶の成長を考察した。その結果、高度12 から10 km では凝集、10 から9 km では昇華凝結、8 から7 km は昇華蒸発、7 から6 km は昇華凝結、6 km 以下では 凝集による氷晶の形成過程が分かった。特に高度12 から10 km の凝集は、Undefined の小さ な氷晶の数濃度が高いことから、これらがPlate に成長する際に隣り合うようにして重なっ たことが原因であることが考えられる。

梅雨期のメソ対流系層状性降水域に対して初めてHYVIS での氷晶観測を行いその500 m 未満の氷晶の形状、数濃度、混合比、粒径分布を示した。今後、メソ対流系の氷晶形成過程 を正しく理解するために、HYVIS 観測が数多く行わる必要がある。
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[English]

Vertical Observation of Ice Particle Size-Distributions in Stratiform Region of a Mesoscale Convective System during the Baiu Period

Seiji MIYAI

Mesoscale Convective Systems (MCS) appeared during the Baiu period are a deep convective system in highly humid environment. MCSs are occasionally maintained and causes heavy rain because the low level airmass has high equivalent potential temperature. In previous studies, mechanisms of maintenance and formation of MCSs have been studied, but there is no research focused on its microphysical and no in-situ observations of ice particles are especially less than 500 μ m. It is absolutely necessary for understanding the process of precipitation formation in a cloud to observe the vertical distributions of sizes, number densities, and ice particle size-distributions (PSDs) because ice particles have various sizes and shapes. In this study, we made an in-situ observations of ice particles in the MCS, using a hydrometeor videosonde (HYVIS) on June 12th, 2008, and we analyzed vertical distributions of ice particles shapes, maximum sizes and reveal ice particles shapes, number densities, mixing ratios and PSDs in the MCS ’s stratiform reagion..

The width of the MCS was about 100 km and the length was about 500 km. It developed around the Baiu front in the East China Sea and its stratiform region covered on Okinawa Island, HYVIS was released at 1426JST. In this region, the bright band was at about 4 km level. From images of various ice particle, they are classified into categories: needle, column, plate, column and plate, aggregate and undefined. We counted the number of ice particles for each category crystal, measured the maximum length (it is the longer one of height and width of the ice particle) by delimiting 10 m, and estimated the vertical distributions of mixing ratios, number densities, and PSDs.

There is no rimed particles in this observation. Plate particles had the largest numbers. It is considered that the degree of ice supersaturation was~10 %. Undefined particles the maximum size range is 10-20 m was predominant and mostly exist around 11.5 km. Therefore, the vertical number densities distribution is less than 100 m at that height became peak.

To get the values of parameters of PSDs indicate a y-intercept(N0) and slope(Λ) quantitatively, we were performed fitting the regression curves assumed Marshall-Plamer distributions. In addition, we considered growths of ice particles from vertical profiles of N0 and Λ. As results, ice particles show aggregation growths in the layer of 12-10 km altitude, deposition in 10-8 km, evaporation in 8-7 km, deposition in 7-6 km, and aggregation in 6-4.6 km. Especially, it suggest that aggregation growths of the 12-10 km layer is due to sticking together small undefined particles is growing to the plate.

For the first time, we successfully observe the stratiform region of MCS using HYVIS and reveal vertical distributions of particles shapes, number densities, mixing ratios and PSDs. It is necessary for accurately understanding the process of ice particle formations to observe MCSs a lot for the future.
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