[Japanese]
修士論文要旨(徳植 啓康)
降水セル内部における降水コアの時間発展と雲物理過程の観測的研究
徳植 啓康
孤立積乱雲に伴う降水形成過程を理解することは，メソ対流系などの降水システムに伴う大雨の形成過程を理解する上で重要である．これまで，孤立積乱雲に伴う降水の形成過程は，気象レーダの時間解像度の制約から，時間平均した鉛直プロファイル等による議論が主体であり，強雨をもたらす領域を 3 次元的に追跡した降水の形成過程の理解が不十分であった．本研究では，孤立積乱雲に伴う強雨の形成過程を明らかにすることを目的に，マルチパラメータ・フェーズドアレイ気象レーダ (MP-PAWR) を用いて降水コアの時間発展と雲物理過程の解析を行った．
本研究では，2018 年 8 月 31 日に関東地方で発生した総観規模擾乱の影響を受けない孤立積乱雲を対象とした．降水セルは，反射強度 20 dBZ以上の 3 次元的に連続した領域と定義し，14 時 13 分 00 秒から 15 時 49 分 30 秒の 96.5 分間検出された．降水コアは，降水セルで高度毎に取得された反射強度の頻度分布から，高度毎に上位 3%の値を閾値とし，反射強度の極大点を 1 つ含む 3 次元的に連続して閾値を上回る領域と定義した．降水コアは，降水セルの最高高度がピークに達した 14 時 35分までに検出された降水コアを対象とし，7 つの降水コアが検出された．検出された降水コアのうち，0°C高度以下で形成し，落下して地上に到達した降水コア 04 を対象に，降水コア形成過程と地上降水の形成過程を解析した．
降水コア 04 は，先行して落下した降水コア 02 の西端から 0°C高度以上の上空に伸びる反射強度の高い領域で形成され，0°C高度以上に存在する降水コア 03 の直下で検出された．このことから，降水コア 04 は，降水コア 03 から落下した大粒径の粒子と降水コア 02 から供給された小粒径の粒子によって形成されたと推測される．地上到達後の降水コア 04 は約 7 分間にわたり約 100 mm h−1の降水強度を維持した．偏波パラメータの鉛直変化は，降水コア上部での併合成長と下部での分裂または蒸発を示唆し，この平衡状態が低高度で長時間降水コアを維持したと考えられる．
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[English]
Evolution and Microphysical Processes of Precipitation Cores in a Precipitation Cell
Hiroyasu Tokuue
Understanding the precipitation formation processes associated with isolated cumulonimbus clouds is crucial for comprehending the mechanisms behind heavy rainfall events in precipitation systems such as mesoscale convective systems. However, previous studies on precipitation formation in isolated cumulonimbus clouds have been limited by the temporal resolution of weather radar, relying primarily on temporally averaged vertical profiles. There have been few studies that three-dimensionally track regions producing intense precipitation, leading to an insufficient understanding of their precipitation formation processes.
To address this gap, the evolution of precipitation cores and microphysical processes are studied using a Multi-Parameter Phased Array Weather Radar (MP-PAWR) to elucidate the formation processes of heavy rainfall associated with isolated cumulonimbus clouds. The target was an isolated cumulonimbus cloud unaffected by synoptic-scale disturbances, which occurred in Kanto, Japan, on August 31, 2018. Precipitation cells were defined as three-dimensional, contiguous regions with radar reflectivity of at least 20 dBZ, detected from 14:13:00 to 15:49:30 (a duration of 96.5 minutes).
Precipitation cores were identified within the precipitation cells as regions exceeding the 97th percentile of reflectivity values for each altitude, including at least one reflectivity peak. Seven precipitation cores were detected before 14:35, when the maximum cell height reached its peak. Among these cores, precipitation core 04, which formed below the 0°C level, descended, and reached the ground, was studied in detail to examine the precipitation core formation and precipitation formation processes.
Precipitation core 04 developed in a region of high reflectivity extending above the 0°C level from the western edge of precipitation core 02, which had descended earlier. It was located directly beneath precipitation core 03, situated above the 0°C level. This suggests that precipitation core 04 formed through the combination of large particles falling from core 03 and small particles supplied from core 02. After reaching the ground, precipitation core 04 maintained a rainfall intensity of approximately 100 mm h−1 for about seven minutes. Vertical variations in polarimetric parameters indicated growth by coalescence in the upper portion of the core and breakup or evaporation in the lower portion. This equilibrium likely contributed to the sustained high rainfall intensity of the precipitation core.
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