[Japanese]
卒業論文要旨(鈴木 智貴)
関東地方の降雪事例における複数の二重偏波レーダーを用いた融解領域の検出方法の開発
鈴木 智貴
関東地方では、冬季に南岸低気圧の通過に伴ってしばしば降雪がもたらされ、関東地方の平野部でも数cmの積雪が観測されることがある。関東地方の中でも特に首都圏では、雪に慣れていないため、数cmの積雪でも人々の生活に大きな影響を与える。そのため、雨が降る地域と雪が降る地域を識別すること、すなわち、雨雪判別が重要である。
先行研究では、南岸低気圧の通過に伴う降雪事例において、高性能レーダ雨量計ネットワーク（eXtended RAdar Information Network: XRAIN）を用いて融解層の空間分布を検出した。融解層の検出には偏波間相関係数（𝜌ℎ𝑣）を使用した。先行研究では一つのレーダーを用いて解析したが、複数のレーダーを用いることによって、より広域で融解層の空間分布を検出できるということが期待される。しかし、複数のレーダーに適用する場合、レーダーには性能の差があるため、先行研究のようにある閾値を設けて融解層を検出してもその精度は保証されない。そのため、複数のレーダーに適用できる別の方法を開発する必要がある。別の方法として、ある高度の水平断面図における各パラメーターの水平勾配の大きさを考える。
本研究は、関東地方を対象とし、2015年1月30日の南岸低気圧の通過に伴う降雪事例を扱う。関東地方にある5つのXバンド二重偏波レーダーを使用した。本研究では、レーダー反射強度（𝑍ℎ）、レーダー反射因子差（𝑍𝐷𝑅）、偏波間相関係数（𝜌ℎ𝑣）の3つの偏波パラメーターを使用した。高度600mの水平断面図において、𝑍ℎ、𝑍𝐷𝑅の水平方向の勾配の大きさ（それぞれ∆𝑍ℎ、∆𝑍𝐷𝑅）を求め、∆𝑍ℎ ≥ 2.0 [dB/km]、∆𝑍𝐷𝑅 ≥ 0.4 [dB/km]、𝜌ℎ𝑣 ≤ 0.94、𝑍ℎ ≥ 20 [dBZ]のすべてを満たす領域を融解領域と定義した。
𝑍ℎ、𝑍𝐷𝑅の勾配の大きさと𝜌ℎ𝑣、𝑍ℎの値を用いたところ、融解領域の分布を検出することができた。複数のレーダーを使用することによって、より広域で融解領域の分布を検出することができ、融解領域の移動を確認することができた。また、検出された融解領域が気象台の地上降水のデータと整合的であったことから、検出された融解領域の妥当性を確認することができた。
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[English]
Development of a Method for Detecting Melting Zone Using Multiple Dual Polarization Radars in a Snowfall Event in the Kanto Region
Tomoki Suzuki
In the Kanto region, snowfall often occurs during winter due to the passage of extratropical cyclones along the southern coast of Japan, sometimes resulting in several centimeters of snow accumulation even in the plain part. In particular, the Tokyo metropolitan area is not accustomed to snow, and even a small accumulation can significantly impact daily life. Therefore, distinguishing between area of rainfall and that of snowfall, known as rain-snow discrimination, is crucial.
A previous study has detected the spatial distribution of the melting layer during a snowfall event associated with an extratropical cyclone using the eXtended RAdar Information Network (XRAIN). The cross-correlation coefficient ( 𝜌ℎ𝑣 ) was used to identify the melting layer. While prior research analyzed data from a single radar, using multiple radars is expected to enable the detection of the spatial distribution of the melting layer over a wider area. However, when applying this method to multiple radars, differences in radar performance may affect detection accuracy if a fixed threshold is used, as in the previous study. Therefore, an alternative method applicable to multiple radars needs to be developed. One such approach considers the magnitude of the horizontal gradient of each parameter in a horizontal cross-section at a specific altitude.
This study focuses on the Kanto region and analyzes a snowfall event associated with the passage of an extratropical cyclone on January 30, 2015. Five X-band dual- polarization radars in the Kanto region were used. Three polarimetric parameters— horizontal reflectivity ( 𝑍ℎ ), differential reflectivity ( 𝑍𝐷𝑅 ), and cross-correlation coefficient (𝜌ℎ𝑣)—were analyzed. In the horizontal cross-section at an altitude of 600 m, the horizontal gradients of 𝑍ℎ and 𝑍𝐷𝑅 (denoted as ∆𝑍ℎ and ∆𝑍𝐷𝑅, respectively) were calculated. The melting zone was defined as the zone satisfying all the following conditions: ∆𝑍ℎ ≥ 2.0 dB/km, ∆𝑍𝐷𝑅 ≥ 0.4 dB/km, 𝜌ℎ𝑣 ≤ 0.94, and 𝑍ℎ ≥ 20 dBZ.
By using the gradients of 𝑍ℎ and 𝑍𝐷𝑅 , along with the values of 𝜌ℎ𝑣 and 𝑍ℎ , the distribution of the melting zone was successfully detected. The use of multiple radars allowed for the observation of the melting zone over a wider area and enabled tracking of its movement. Furthermore, the detected melting zone showed consistency with surface precipitation data from meteorological stations, validating the reliability of the proposed detection method.
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