修士論文要旨(堀内 征太郎)


堀内 征太郎

本研究では、名古屋大学X バンド偏波レーダを用いて暖候期に観測された降水事例における降水粒子の鉛直分布の特徴を示す。2010 年4 月4 日 12 月31 日の各日01 時と13 時に降水エコーが広範囲で、もしくは著しい降水エコーが観測された全40 事例について解析を行った。各事例で降水域を弱雨域、強雨域I、強雨域II の3 つに分類した。弱雨域は0℃高度- 1.5 km の高度においてレーダ反射強度Zhが30 dBZe よりも小さい領域とした。強雨域I は0℃高度- 1.5 kmの高度においてZhが30 dBZe 以上、かつ0℃高度+ 1.0 km の高度においてレーダ反射因子差ZDRが-0.3 dB より小さい領域とした。強雨域IIは0℃高度-1.5 kmの高度においてZhが30 dBZe 以上、かつ0℃高度+ 1.0 km の高度においてZDRが-0.3 dB 以上の領域とした。

弱雨域において、融解層より上層ではZhが25 dBZe 以下、ZDRが正の値(0〜0.5 dB) であることから、板状や角柱などの横長の形状をした小さな氷晶が存在していると考えられる。融解層近傍では、ZhとZDRが一時的に増加しており、層状性降水の特徴であるブライトバンドが見られた。融解層より下層では、ZhとZDRの値が減少していることから、小粒径の雨滴が存在していると考えられる。これらより弱雨域は層状性の弱い降水域であることが推定される。強雨域I における0℃高度+ 1.0 km より上層では、ZhとZDRは弱雨域と同様の傾向を示したことから、板状や角柱状の氷晶が存在していると考えられる。一方、0℃高度+ 1.0 km から0℃高度にかけて、高度の減少にともなってZhが増加している。同高度でZDRが0 dB 前後の値をとっていることから、氷晶の凝集による雪片の形成が示唆される。融解層より下層では、Zhは30 dBZe 以上を示し、ZDRはおよそ1.0 dB を示すことから、大粒径の雨滴の存在が考えられる。先行研究との比較によって、強雨域I は層状性の強い降水域であることが推定される。強雨域II では、0℃高度+ 1.0 km から0℃高度において、高度の減少にともなってZhは増加し、ZDRの値はおよそ-0.4 dBと負の値を示すことから、霰の存在が示唆される。0℃高度- 2.5 km より下層では、Zhは30 dBZe 以上、ZDRはおよそ1.0 dB を示していることから、大粒径の雨滴が存在していたと考えられる。これらより、強雨域II は対流性の降水域であることが推定される。

さらに、地球観測衛星CALIPSO の観測データから作成した雲粒子判別結果を用いて、雲粒子と降水粒子の鉛直分布の関係の推定を試みた。レーダ解析対象日時と重複するCALIPSOによる雲粒子判別結果は5 事例あり、そのうち4 事例が弱雨域であった。雲粒子判別の結果のほとんどが板状粒子以外の粒子を意味する3 次元氷晶であった。レーダの観測結果と雲粒子の判別結果が重複している領域がなかったため、雲粒子と降水粒子の連続した鉛直分布を示すことはできなかった。



Vertical distribution of precipitation particles derived from an X-band polarimetric radar data over the Nagoya area during the warm period


This study examines characteristics of vertical distribution of precipitation particles derived from an X-band polarimetric radar data over the Nagoya area during a warm period. The radar observation was carried out from April 4 to December 31, 2010. Total 40 cases in which predominant or broadscale precipitation are observed in the radar range at 01 and 13 Japan Standard Time on each day are analyzed. Three regions of precipitation are categorized in each case. A weak rain region (WRR) is defined as radar reflectivity Zh less than 30 dBZe at 1.5 km lower of the 0℃ level (0℃ level - 1.5 km). A heavy rain region (HRR-1) is defined as Zh equal or greater than 30 dBZe at 0℃ level -1.5 km and differential reflectivity ZDR greater than -0.3 dB at 1.0 km higher of the 0℃ level + 1.0 km. A heavy rain region II (HRR-2) is defined as Zh equal or greater than 30 dBZe at 0℃ level - 1.5 km and ZDR equal or less than -0.3 dB at 0℃ level + 1.0 km.

In the WRR, Zh is less than 25 dBZe and ZDR is 0〜0.5 dB above melting level, thus,the existence of small ice crystals whose shape are oblate : such as the plate or column, is suggested. Zh and ZDR have relatively great values which indicate the brightband around the melting level. Zh is less than 30 dBZe and ZDR is 0.5 dB below the melting level, thus small raindrops should be existed. In the HRR-1, small ice crystals should be existed as the WRR above 0℃ level + 1.0 km. Meanwhile, Zh drastically increase as height decrease and ZDR have approximately 0 dB, aggregation of ice crystals should form snowflake just above the melting level. The presence of large raindrops are suggested by Zh greater than 30 dBZe and ZDR approximately 1.0 dB below the melting level. In the HRR-2, Zh drastically increase as height decrease, and ZDR have negative value (-0.4 dB) just above the melting level, the existence of graupel particles is suggested. The presence of large raindrops is also suggested by greater Zh (greater than 30 dBZe) and ZDR (approximately 1.0 dB) below the melting level.

It is tried to show the relationship between the precipitation particles derived from the polarimetric radar data and types of cloud particles derived from Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satelite Observations (CALIPSO) observation data. Total 5 CALIPSO observation data are matched on the polarimetric radar observations, and 4 cases are categorized in the WRR. Almost type of cloud particle obtained by the CALIPSO observation indicates 3D-ice that means no plate-like particles, such as sphere, column, and rosette above a height less than -20℃. No simultaneous observation region using the polarimetric radar and the CALIPSO cloud discrimination appears, although this is a first time to try to reveal the continuous vertical distribution of cloud and precipitation particles.