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

利用雷达回波强度的水汽剖面高时间分辨率测量方法的开发

基本信息

批准号：
08874046
负责人：
津田敏隆
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至 1997
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

这项研究旨在开发一种新的观察技术，以使用由大气湍流引起的折射率波动引起的无线电波散射现象来确定大气中水蒸气的分布。从理论上讲，使用大大气观测检测到的湍流回声强度与折射率梯度的平方和湍流能量耗散率有关。首先，我们观察到一种现象（闪烁），当卫星无线电波穿过大气湍流层并到达地面时，信号强度在较小的变化中变化。当将这种现象的发生率与通过雷达测量值的大气湍流强度进行比较时，发现当有大量的水蒸气并且湍流是活性时，无线电波散射现象是突出的。此外，通过气球安装的辐射图的观察表明，在对流层下，折射率梯度几乎取决于湿度梯度和湿度结构。接下来，从湍流回波的多普勒光谱的宽度估算了湍流耗散速率，并使用RASS技术确定温度曲线。发现将这些观测值替换为理论方程式会导致回声强度和湿度梯度有关。因此，通过适当地提供上限高度（约10公里）的边界条件，可以通过整合获得湿度的高度曲线。发现基于这种新的遥感方法的湿度曲线与直接辐射测量值非常吻合。此外，通过利用雷达观察的特征，可以每隔几分钟估算一次湿度分布。预计这项新技术将有助于阐明未来与中间天气现象相关的水蒸气的微观结构。