Transcript HEIGHT (km)

400MHz帯WPR/RASSによる
冬季沖縄の大気境界層の観測
佐藤晋介、永井清二、村山泰啓、井口俊夫、熊谷博(NICT）、
古本淳一、津田敏隆（京大生存研）、
気象学会2009年度春季大会＠つくば国際会議場
2009年5月29日
はじめに
・ NICT大宜味では400MHz帯WPR／RASS（Radio Acoustic Sounding
System）による風・仮温度プロファイルの通年観測を実施中。
・ 本研究では、周りを海に囲まれた沖縄本島における冬季の
大気境界層の特徴をWPR/RASS観測データを用いて調べる。
→ 境界層逆転層の特徴と成因、日変化の有無など
→ 高気圧下の晴天時、および雲に覆われた季節吹き出し時
対流境界層の発達（2008年6月20日）
・ 日中の地表面加熱により
境界層トップは若干発達
するが、日変化は小さく、
ほとんど海洋性。
・ 境界層内部では上昇・下降
流が交互に現れ、境界層
上部には積雲対流が発生。
・ 境界層トップと積雲トップに
弱い仮温度逆転層が存在。
HEIGHT (km)
夏季沖縄の境界層の特徴
TIME (JST)
（２００８年度秋季大会 Ｃ１０１）
（沖永良部島の上空のみに発生した積雲＠2008/8/23）
ＲＡＳＳの原理と観測方法
400MHz帯WPR/RASSの観測シーケンス
RASS (Radio Acoustic Sounding System) [1] spano13 1.33us, 75-range bin (7.5km) ⇒ 高分解能の風速
[2] spano20 2.0us, 120-range bin (18km) ⇒ 高感度の風速
[3] rasso20 2.0us, 70-range bin (10.5km) ⇒ 気温（仮温度）
rasss13 1.33us single-pulse, 70-range bin (2009/1/14～)
・ 各ビームの観測（平均）時間は約16秒
・ ５ビーム（天頂・北・南・東・西）で約81秒
・ [1][2][3]合わせて 平均243.7秒 ＝ 4分04秒
東
北
音波と電波を併用して
大気温度を測定
cs  Kd Tv
cs 音速(m/s)
Kd 定数
Tv 仮温度(K)
RASSエコーを受信
するためのブラッグ
条件
ka  2ke
ka :音波波数
ke :電波波数
真上
南
西
１９台のスピーカ
（主風向風上側を使用）
ＮＩＣＴ大宜味大気観測施設
冬季用のＲＡＳＳ観測パラメータ
SPANO20
SINGLE13
10:40JST, 14JAN2009
10:48JST, 14JAN2009
HEIGHT (km)
・ 高度1km未満のRASS観測が困難。
・ 気温が下がり、RASSエコーが
乱流エコーと重なり解析困難。
↓
シングルパルス ＆ 観測パラメータ最適化
（２００９年１月１４日～）
★最低高度0.5 kmまで観測できるようになった
★-12℃～+30℃まで折返しなしで観測可能
★速度分解能が 0.106 m/s（0.18℃)に向上
jipp [us]
modpc
nintpc
novspl
nhigh
ncoh
nfft
nicoh
sublen [us]
rnsta [m]
rngint [m]
velint
velsta
obs_time
IF-offset [MHz]
offset-vel
clutter (0m/s)
spano1
160
4
8
2
75
8
256
6
1.33
300.0
99.75
0.129
-16.522
15.73
spano2
rass-spano rass-single
160
160
160
8
8
1
16
16
1
2
2
2
120
70
70
4
4
78
256
256
256
6
6
5
2.00
2.00
1.33
400.5
400.5
300.0
150.00
150.00
99.75
0.129
0.129
0.106
-16.522
-16.522
-13.556
15.73
15.73
15.97
(@2009/1/14)
24.001012
-342.427
-11.991
24.001010
-341.750
10.715
Doppler Vel (m/s)
Doppler Vel (m/s)
-11 -6 -1 4 9 14 19 24 29
℃
Inter-pulse-period (microsec)
pulse compression mode
number of integrations for pulse compression
number of oversampling
number of ranges
number of coherent integrations
number of FFT points
number of incoherent integrations
sub-pulse length (microsec)
sampling start range (m)
sampling interval (m)
Doppler velocity interval (m/s)
Doppler velocity at the first FFT point (m/s)
解析事例
２００９年１月２４日
季節風吹き出し
（曇り、降水なし）
２００９年２月１０日
移動性高気圧
（晴れ）
時間・高度断面（１月２４日） 季節風吹き出し
m/s
HEIGHT (km)
dB
m/s
C
TIME (JST) 
時間・高度断面（２月１０日） 移動性高気圧
m/s
HEIGHT (km)
dB
m/s
C
TIME (JST) 
プロファイルの比較（２月１０日）
仮温度（℃）
10JST
乱流強度（dB）
鉛直速度(m/s)
RASS snapshot
11:04
12JST
12:58
14JST
14:48
16JST
16:26
18JST
全ての
プロファイル
は、７観測
（２８分）平均
２つの事例の比較
HEIGHT (km)
２００９年１月２４日 （季節風吹き出し）
仮温位（θv）
TIME (JST) 
HEIGHT (km)
２００９年２月１０日 （移動性高気圧）
仮温位（θv ）
TIME (JST) 
まとめ
400MHz帯WPR/RASS観測データを用いて、沖縄本島における
冬季の大気境界層の特徴について、季節風吹き出し時（１月
２４日）と移動性高気圧（２月１０日）の２事例について調べた。
日射による地表面加熱による大気境界層高度の日変化は見られず、
海洋性の特徴を示していると考えられる。
●
気温の低い季節風吹き出し時（曇天）の方が、高気圧張出し時（晴天）
よりも大気境界層は発達しており（境界層トップが高い）、境界層内で
は上昇・下降流や仮温度の変動が見られた。
●
仮温度プロファイルの極小値（逆転層下面）と乱流強度の極大値
（境界層トップ）の高度は常に一致していた。
●
仮温度プロファイルの極大値（逆転層上面）は常にほぼ一定温度
であり、逆転層高度が下がり仮温度の極小値が上がると、逆転層
の強さ（温度差）が弱くなる様子が観測された。
●
ＢＡＣＫＵＰ
地上気象の時間変化（２月１０日）
地上気象の時間変化（１月２４日）
プロファイルの比較（１月２４日）
仮温度（℃）
10JST
12JST
14JST
16JST
18JST
全ての
プロファイル
は、７観測
（２８分）平均
乱流強度（dB）
鉛直速度(m/s)
２００９年１月２４日
季節風吹き出し
仮温度プロファイルの時間変化
温度プロファイルの検証
2006/11/08
実線：RASS
(一時間平均値)
破線：ラジオゾンデ
RASSとゾンデの差
r.m.s誤差は0.5K以下
高度0.5-3.0kmで逆転層構造を含めてラジオゾンデ観測値とよく一致
はじめに
・ 海洋に周りを囲まれた沖縄本島における
晴天時の大気境界層を調べる。
・ NICT大宜味の400MHz帯WPR／RASS
（Radio Acoustic Sounding System）に
よる仮温度プロファイルの連続観測
データを用いた夏季と冬季の事例解析
→ 大陸上（米国、中国など）のPBLと海洋性PBLの違いは？
→ 太陽放射による地表面加熱で発生する熱対流が卓越する対流
境界層に端を発する積雲対流の発生について？
Flatland Boundary Layer Ex in Illinois.
Angevine, et al: 1998, BAMS 419-431
沖永良部島＠2008/8/23,13:15
雲画像、地上気象（６月２０日）
MODIS(Terra) RcRefl
1136JST 20 JUNE 2008
5.0
Solar Radiation
4.0
Presssure
気圧
3.0
2.0
1012
1009
1006
日射
1.0
1003
0.0
1000
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
40.0
35.0
20:00
Temperature
22:00
Relative Humidity
湿度
30.0
25.0
20.0
0:00
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
2:00
4:00
6:00
120
100
80
60
40
気温
15.0
10.0
20
0
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
WInd Speed
最大瞬間風速
平均風速
20:00
Max WS
22:00
Wind Direction
風向
600
500
400
300
200
100
0
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
水平風速プロファイル（WPR)
HEIGHT (km)
沖縄本島
1015
RASS解析時間
風速＝１～２ m/s
対流境界層の発達（６月２０日）
dB
HEIGHT (km)
m/s
℃
TIME (JST)
真上
ビーム
(a) 乱流エコー強度（水蒸気の鉛直勾配に強く依存） ⇒ 対流境界層のトップ
（と言われている）
(b) ドップラー速度 ⇒ 鉛直流（上昇流・下降流）
(c) 速度幅 ⇒ 観測体積内（～150m＠2.5km高度)の速度のばらつき ⇒ 乱流
(d) 仮温度（最大５ビームの平均）
仮温度プロファイル（６月２０日）
HEIGHT (km)
℃
℃/ km
HEIGHT (km)
HEIGHT (km)
仮温度の
鉛直勾配
Virtual Temp (C)
（温度減
率）
Virtual Temp (C)
･ 高度３ km付近の逆転層は１４時には高度4 kmまで上昇 ← 積雲の発生・消滅？
・ 高度１.５ km前後の逆転層高度は、（対流境界層は発達するが）あまり変化しない
RASS リアルタイムデータ処理
今後の方針 （３月３日の議論）
● RASS仮温度データを気象庁に提供するには、１時間遅れ以内まで短縮する
必要がある（川畑）。 時間遅れのほとんどが転送に関わる部分であることか
ら、京大プログラムをNICT内部のＰＣに移植する （古本・佐藤）。
● ２０分平均データと４分平均データの２つのバージョンのIDLプログラムを走ら
せる （古本）。
● RASSデータは沖縄のデータ公開システム（亜熱帯NDS）を使って公開する
方針 （佐藤）。
● RASSデータ公開に先立って、2007年5-10月の連続観測データと那覇ゾンデ
観測データの比較検証を行う。気象学会明けの数値予報課ー気象研のセミ
ナーで、川畑さんがＲＡＳＳのインパクトについて発表できるようにそれまでに
比較検証を行う （古本）。
● 近距離でのラジオゾンデとの比較のため大宜味での気球観測を検討する。
時期は梅雨明け後の夏期（７月）が候補。古本さん科研費の当落が４月に
判明。NICT側の出張費は通常予算で対応？ 京大学生の参加は困難なので、
琉球大の遊馬さんに聞いてみる。（古本・佐藤）