シーロメーターによる海洋上低層雲、混合層の観測

シーロメーターによる海洋上低層雲、混合層の観測シーロメーターによる海洋上低層雲、混合層の観測交通電子機械工学課程 2002815　川原洋志

発表内容 • 研究背景及び目的 • 大気境界層構造と雲 • 観測装置及び観測場所 • ライダー方程式 • データ解析と考察 • まとめ

研究背景及び目的 • 船舶を用いたライダー観測を行い、我々にとって最も身近な大気である大気境界層及び低層雲の観測的研究に取りくんでいる。 • 大気境界層の構造および雲底分布等を観測して海洋上での気象との関係を明らかにする。 • 本研究では太平洋上を航海する白鳳丸（ＫＨ０５－２）に雲底観測装置であるレーザーシーロメーターを搭載し海洋上低層雲、混合層の観測、解析を行った。

大気境界層と雲 • 大気境界層とは地上からの高度約2 kmまでの地表との摩擦や熱対流の影響の及ぶ低層大気の総称。 • 混合層とは、日射の加熱で不安定化した、上下の対流混合が盛んな層のことである。 • 昼間では、一般に大気境界層高度と混合層高度が一致している。 • しばしば混合層の上端に積雲が現われ混合層雲が発生することがある。

観測装置 • シーロメーターは、主に空港に設置され航行の安全のため使用されている雲底観測装置である小型のライダーのことである。 • 地上からレーザー光を利用して上空7.5 kmまでにある雲底の高さを測定できる。シーロメーターライダー白鳳丸に取り付けられたシーロメーターの概観

観測装置仕様 905±20nm(25℃) 7.5kmまで（高さ３層まで測定できる）雲底に対して15m 後方散乱プロファイルに対して30m

観測領域及び期間 • 観測領域　：　中部北太平洋上を航海する白鳳丸 • 観測期間　：　2005年8月8日～2005年9月21日（４５日間） • 航海図及び日時・位置関係白鳳丸（KH05-2)

ライダー方程式

データ解析と考察 • 雲底高度及び混合層高度の変化 • 気温・水温・気圧との雲底の相関関係 • 南北方向の緯度差による変化 • 相対温度と雲底の相関関係雲底高度及び混合層高度の変化気温・水温・気圧との雲底の相関関係南北方向の緯度差による変化相対温度と雲底の相関関係

雲底高度及び混合層高度の判定アルゴリズム 1) 1分毎の30 m分解能の後方散乱係数Bsﾌﾟﾛﾌｧｲﾙを10分区切りで平均化する（船の揺れ角度の相殺、ノイズ低減化）。 2) 水平方向測定から得たY(R)による近距離ﾌﾟﾛﾌｧｲﾙの補正を行なう（R<0.3675 km)。 3) 1 km以上のBsについて3点(90 m)で移動平均をとり平滑化する。 4) 高度2.5 km以下についてBsとdBs/drの値に基づいて雲底高度及び混合層高度を判別する。最低雲底高度：下層から上層に向かってdBs/drを計算し、2点以上にわたって+0.05 km-2sr-1超える場合の高度を雲底高度（ここではCB）とする。また、比較のため、1分毎にｼｰﾛﾒｰﾀｰが判定した雲底高度の平均値をここでは、CB1とした。混合層高度: 下層から上層に向かってdBs/drを計算し、2点以上にわたって-0.004 km-2sr-1以下のとき、その最小のdBs/drを与える高度を混合層高度（ここではTAL）とする。 5) さらに不良データ部分の除去、海上の雨強度及びﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ自身による降水のあるデータの除去、混合層高度より上層の雲底データの除去を行なった。 残るのは雨の降っていないときの海上混合層高度とそれに比較的よく一致する海上混合層雲底高度のみ。

雲底高度の判定例 シーロメーターの判定高度はKlettの方法に基づく、高高度からの消散係数の変化率に基づいており、通常、ライダーで雲底の判定に用いられる雲底下部での信号変化率とは探索の方向が逆であるため、各々の雲底高度に系統的な差が生ずる。即ち、CB1>CB

雲底高度・混合層高度、時系列データ 8月8日～8月31日エピソード2 エピソード1 cb1：シーロメーターレポート値 cb：解析による雲底 tal：混合層高度 9月1日～9月21日エピソード3 エピソード4

（1）・（4）より急激な雲底高度の変化のとき気温と水温の差が大きい。（1）・（4）より急激な雲底高度の変化のとき気温と水温の差が大きい。気温と水温の温度差との雲底の変化エピソード1 エピソード2 cb1：シーロメーターレポート値 cb：解析による雲底 tal：混合層高度（2）・（3）より、ゆっくりとした雲底変化のとき気温・水温の差からは雲の変化はみられない。エピソード3 エピソード4

気圧による雲底の変化 エピソード1 エピソード2 cb1：シーロメーターレポート値 cb：解析による雲底 tal：混合層高度エピソード4 エピソード3

気温・水温・気圧の雲底高度への影響 • エピソード（１）・（４）より気温と水温の差が大きくなると雲底の高度は急激に変化する。（気圧が上がると雲は下降、気圧が下がると雲は上昇する） • エピソード（2）・（４）からゆるやかな雲底高度及び混合層高度の変化は水温・気温からは見られないが、気圧の変化には雲底の動きがあらわれていた。 (１) (４) (2) (3)

緯度差による雲底高度及び混合層高度 8月8日出発 8月8～31日 9月1～21日

緯度との気温・水温・気圧のグラフ 緯度と気温・水温の変化緯度と気圧の変化

緯度による雲底への影響 • 雲底高度が低いとみられる緯度１０～０度では、前後の緯度間の値より気温と水温の差が大きく、気圧が高くなっている。 • エピソード１の雲底高度の急な下降との話と一致している。

相対湿度と解析による雲底高度の変化 8月8日～8月31日 9月1日～9月21日

まとめ • 気温より水温の方が高い場合に雲底高度・混合層高度に急激な変化が見られる。　　　　　　　　　　→大気が不安定なため雲底の変化が早くなる。 • 雲底高度・混合層高度と気圧の変化との関係がみられた。 • 緯度の違いからみられる雲底高度・混合層高度の変化は緯度の違いによる気温・水温・気圧の変化がみられる。 • 相対湿度から雲底高度・混合層高度は、下が乾いていると雲底は高く、湿ってると低い。

シーロメーターによる 海洋上低層雲、混合層の観測