レーダー・エコー強度を用いた水蒸気プロファイルの高時間分解能測定法の開発

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本研究では大気乱流に起因する屈折率変動による電波散乱現象を用いて、大気中の水蒸気分布を求める新しい観測技術の開発を目指した。大気観測用の大型レーダーを用いて検出される乱流エコー強度は屈折率勾配の自乗および乱流エネルギー消散率に関係することが理論的に知られている。まず、衛星電波が大気乱流層を通過して地上に到達する際に、信号強度が細かく変動する現象(シンチレーション)を観測した。この現象の出現率をレーダー測定による大気乱流の強度と比較したところ、水蒸気が多く乱流が活発である場合に電波散乱現象が顕著に見られることが分かった。さらに、気球搭載ラジオゾンデによる観測結果から、対流圏下層では屈折率勾配が湿度勾配および湿度構造によってほぼ定まることを明らかにした。次に、乱流エコーのドップラースペクトルの幅から乱流エネルギー消散率を推定すると同時に、RASS技術を併用して温度プロファイルを求めた。理論式にこれらの観測結果を代入すると、結果的にエコー強度と湿度勾配とが関係付けられることが分かった。こうして、上限高度(約10km)における境界条件を適宜与えることで、湿度の高度プロファイルを積分して求めることができた。この新しいリモートセンシング法による湿度プロファイルは、ラジオゾンデによる直接測定結果とよい一致が認められた。さらに、レーダー観測の特長を生かして、数分毎に湿度分布を推定することができた。この新技術は、今後メソ気象現象に伴う水蒸気の微細構造の解明に役立つと期待される。