航空機からの地球環境計測技術:航空機搭載降雨レーダ(CAMPR)による降雪雲内の風速場の観測

Abstract

The CRL airborne multiparameter precipitation radar (CAMPR-D) is equipped with a dual-beam antenna to measure three-dimensional wind fields in precipitation. This paper describes the methods and related problems of wind-vector calculation, and shows the results of dual-Doppler analysis. The observation data was obtained through the WMO-01 (Winter MCSs Observations over the Japan Sea 2001), the objective of which was to reveal the structure of snow clouds over the Japan Sea. First, the trajectories of the front- and rear-antenna beam were investigated. The results showed that there were some gaps between the two beam footprints due to the speed and direction of the wind relative to the aircraft, and that the front beam did not overlap the rear beam in some regions on the leeward side. The investigation also demonstrated that the data from a flight-information system (POS) consisting of an optical-fiber gyroscope and a differential GPS is effective in removing the aircraft velocity component from the measured Doppler velocity. Finally, some distributions of the wind vectors in the along-track vertical sections are shown. The wind vectors were analyzed using the observation data for linear clouds in the JPCZ (Japan Sea Polar-airmass Convergence Zone). The distributions showed that updrafts were dominant over the sea because of developing convective cells, and that the repetition of updrafts and downdrafts seemed to indicate roll convections. The distributions also showed a common structure of anvil echoes that extended northward or northeastward.

通信総合研究所の航空機搭載マルチパラメータレーダ(CAMPR-D)は、降水内の3次元風速場を観測するためのデュアルドップラー機能を持つ。本研究では、CAMPR-Dで風速ベクトルを算出する方法と問題点について述べ、実際のデュアルドップラー解析の結果を示す。使用した観測データは、2001年1月の冬季日本海メソ対流系観測(WMO-01)で得られたもので、日本海上の降雪雲の構造を観測することを目的としている。最初に、観測飛行データから前方および後方アンテナビームの軌跡を求めたところ、航空機に対する風向風速によって、ビームフットプリントにすき間ができ、風下側で前方ビームと後方ビームが重ならない領域ができることが確認された。次に、光ファイバージャイロとDGPSによるPOSデータを用いて、観測されるドップラー速度データに含まれる機体速度成分の除去を精度良く行えることを示した。最後に、日本海収束帯を形成する筋状雲の観測データから、航空機の進行方向に沿った鉛直断面内の風速ベクトルを求めた。その結果、海上では発達中の対流セルが多く上昇流域が支配的であることや、ロール状対流を示唆するような上昇流、下降流の繰り返しが見つかった。また、北〜北東側にアンビル状エコーが伸びる構造が一般的であることが示唆された。