ACE-Asia「みらい」MR01-K02クルーズ通信総合研の雲レーダーのページ

連絡先　PI 独立行政法人通信総合研究所　熊谷　博　kumagai@crl.go.jp
Akihide Kamei
雲レーダーの写真
雲レーダー+ ライダー(NIES)コンテナの写真

APEXプロジェクト（代表：東大・気候システム研究センター中島映至教授）ではアジア域の大気粒子の変動における気候への影響評価が大きな目的であるが、この中でアクティブセンサチーム（リーダー：東北大・大気海洋変動観測研究センター岡本創）は、 95GHzという新しい技術を用いる雲レーダとライダの２つの大きく異なる波長を持つアクティブセンサを組み合わせて雲を同時観測する研究を行っている。アクティブセンサの利点としては、従来では困難であった、雲の雲底、雲頂といった情報を高い精度で求めることができることである。また、レーダとライダを組み合わせることで、雲粒子の有効半径や氷／水量の鉛直分布の導出も可能になった。

今回のみらいMR01-K02航海では、この他2周波のマイクロ波放射計も搭載しており、このセンサからは鉛直積算の雲水量および水蒸気量を見積もることができる。レーダとマイクロ波放射計との組み合わせからは、光学的に厚い水雲に対する、雲有効半径と雲水量の鉛直分布の導出が行える。

このように、レーダ、ライダ、マイクロ波放射計の組み合わせによる複合観測から雲微物理量について多くの知見は得られると期待されるが、特に、みらいクルーズでは、これらの雲の緯度経度分布についての詳細なデータが得ら、雲の気候システム全体に対する影響についての理解が進むだろう。

またライダではエアロゾルの信号も受信できるため、雲とエアロゾルの相互作用という大きな問題の解明にも役立つだろう。この他、APEXのモデル班、衛星解析班により、観測の支援が行われているので、これらの結果と、アクティブリモートセンシングの比較検討が大きな研究テーマとなっている。

雲レーダは通信総合研究所（黒岩博司グループリーダ）開発で、彼等の協力で観測を行っている。このレーダは元々は航空機搭載用として開発されたものでSPIDERと呼ばれているが、それを地上用、船舶用に改造したものを今回のみらいMR01-K02航海では用いている。このレーダは、偏波機能とドップラー測定ができるので、水と氷の識別や形状、粒子の落下速度についての知見も得られると期待される。

ライダは国立環境研（杉本伸夫グループ）の開発で、雲レーダとの同時観測を共同で実施している。（国立環境研のライダーのページ参照）
データ速報

時間JST（横軸）・高度（縦軸）に対するReflectivity（上図），Doppler（下図）です。

5月14日

5月15日 5月16日 5月17日 5月18日 5月19日 5月20日 5月21日 5月22日 5月23日 5月24日 5月25日
Brief descriptions about active remote sensing for Mirai MR01-K02 cruise.

In the frame of APEX project, the active sensor team is directed by Hajime Okamoto in Tohoku University. For Mirai cruise, we work for vertical distribution and microphysics of clouds and aerosols over Pacific Ocean near Japan in collaborate with Hiroshi Kumagai and Hiroshi Kuroiwa's group in Communications Research Laboratory (CRL) for cloud profiling radar system and also with National Institute for Environmental Studies (NIES) ( Nobuo Sugimoto's group) for lidar systems.
1. About instruments for Active sensors

The following sensors are currently operating.

a. 95GHz cloud profiling radar (CPR)

The Communications Research Laboratory (CRL) has developed an 95GHz radar ( W-band), which is originally designed for air-borne by Hiroshi Kuroiwa's group in CRL. The system is called SPIDER. For the cruise of Mirai vessel, the CPR system is further modified to be suitable for shipborne measurements. The antenna aperture is 40cm. The CPR has dual polarization function as well as Doppler capabibility. Polarization information is expected to infer ice crystal shapes and Doppler is used to estimate fall velocity of cloud particles. CPR is expected to study clouds. CPR is operating with vertical pointing, though it is originally has scanning function. For Mirai MR01-K02 cruise, Hiroshi Kumagi in CRL is responsible and Akihide Kamei from CRL operates the CPR.

b. Lidar

The Lidar on Mirai vessel is developed by Nobuo Sugimoto's group of National Institute for Environmental Studies (NIES). The Lidar has dual wavelengths, i.e., 532nm and 1064nm and also has dual polarization function.

The idar is expected to study clouds and aerosols. NIES also developed bistatic lidar system for the retrieval of microphysics of water clouds. The lidar is operating with vertical pointing. For Mirai MR01-K02 cruise, Nobuo Sugimoto is responsible for the lidar measurements.

c. Microwave radiometer

The microwave radiometer (Radiometrics WVR-1100) has dual-frequencies (23. 8GHz and 31.4GHz). This provides water vapor amounts and liquid water paths of clouds. It operates with vertical pointing. CRL takes care about the data analysis.

2. Main Aim

The CPR and the Lidar are co-located in the same container in Mirai.. Thus it is possible to perform radar/lidar algorithm to retrieve vertical distributions of microphysics of ice and thin water clouds. The algorithm is developed by Hajime Okamoto, Tohoku university. The combination of CPR and microwave radiometer is used to retrieve microphysics of thick water clouds. The algorithm is developed by Hiroshi Kumagai in CRL.

These findings will be compared with model and satellite results by Apex teams. Since the lidar instrument has a capability to detect aerosol signals, we might expect to study cloud-aerosol interactions. These studies will bring significant progress in our understandings of a role of clouds in relation to the cloud feedback processes and climate impact of anthropogenic aerosols through the cloud-aerosol interaction processes.