A Melting-Layer Model for Passive/Active Microwave Remote Sensing Applications. Part I: Model Formulation and Comparison with Observations
William S. Olson, Peter Bauer, Nicolas F. Viltard, Daniel E. Johnson, Wei-Kuo Tao, Robert Meneghini, and Liang Liao
Journal of Applied Meteorology
Volume 40, Issue 7 (July 2001) pp. 1145–1163
DOI: 10.1175/1520-0450(2001)040<1145:AMLMFP>2.0.CO;2
過去のレビュー
0508
1次元のモデルで融解層の微物理特性を検討した。モデルは雲解像度モデル(CRM)から取り出したものである。融解層の厚さは降雪粒子の密度による。TRMM、MIの周波数にあわせて降水粒子の放射特性を検討した。
ここで用いた融解層モデルはCRMに組み込むに耐えるモデルであるといえる。9/16’5
融解する降水粒子の分布を表現する1次元モデルを開発した。このモデルは0度高
度直上の固体降水粒子の分布で起動する。
個々の粒子の数密度と融解率を与え、ビン法に拡張する。
モデル内の融解層の厚さは先ずは、氷粒子の密度により決まる。
融解中の氷粒子の放射特性をいくつかの霙粒子の双極子の表現法で結果した。
0度高度直下で融解粒子が多く、マイクロ波の大きい吸収となっている。これは、
融解層の底での雨による吸収より大きい。ＰＲ波長での反射係数は粒子の融解と
ともに大きくなり「ブライトバンド」となっている。融解層内の放射特性は
・双極子モデルの選択
・初期の水分量と'種まき'氷粒子の密度
による。
Fabry-Szrmerの核殻の双極子モデルにより雪を、Maxwell-Garnettの水配列双極子
モデルにより霰を表現した融解層の分布は、レーダが観測した光学的深さの分布
と一致する。
混合を含まない場合の計算結果は観測より小さい。
従って、融解層モデルを３次元雲モデルへ用いる事は意味がある。
3章では、融解層におけるマイクロ波の減衰計算とレーダ観測との比較をおこなっている。
融解する降水粒子の分布を表現する1次元モデルを開発した。
このモデルは0度高度直上の固体降水粒子の分布で起動する。
個々の粒子の「数密度」と「融解率」を与え、ビン法に拡張する。
モデル内の融解層の厚さは、先ず、氷粒子の密度により決まる。
融解中の氷粒子の放射特性を、霙状態(雨、雪混合状態)の誘電特性の表現法を変えて(違えて)計算した。TRMM-TMI(10.65−85.5GHz)の吸収係数・散乱係数はかなり薄い(少ない〜0.1？単位？) 融解した水によって強められている。0度高度直下で霙粒子(融解中の粒子)がかなり多く、マイクロ波の大きい吸収となっている。これは、融解層底より下にある雨による吸収より大きい。ＰＲ波長(13.8GHz)での後方散乱係数は粒子の「融解率」とともに大きくなり、レーダ反射強度因子の増幅「ブライトバンド」を形成するのは既往研究と一致している。融解層内の放射特性は
・ 誘電率モデルの選択
・ 初期の水分量
・ '種として働く'氷晶あるいは雪粒子の物質としての密度(空気が多いと密度は小さくなる)
による。
Fabry-Szrmerの「核と殻」の2層誘電モデル(Frédéric Fabry and Wanda Szyrmer,1999:Modeling of the Melting Layer. Part II: Electromagnetic)により雪を、Maxwell-Garnettの水配列の誘電体モデルにより霰を表現した融解層の分布は、レーダが観測した光学的深さの分布と一致する。
混合を含まない場合の計算結果は観測より小さい。
従って、融解層モデルを３次元雲モデルへ用いる事は意味がある。
ポイント：粒子融解の1次元モデルを作成したこと。特にリモートセンシングに利用することを考え、観測と計算の一致に注意した。鉛直方向の計算幅は50mに設定されている。1/18’7
モデルの上端は親モデルから計算される0℃高度。下向きに50m格子で、粒径0.1mm刻みで数濃度m(i,Z)を計算している。4/23’7
粒径分布を考慮していることが特徴(5/10’7)
3次元モデルに組み込むためにモデルの鉛直格子幅での変数化を行うことが目標。降水粒子の融解モデルはBauer et al,(2000)にしたがう。融解層の変数化については、以下を考慮し、他のモデルより複雑になっている。
・ 霙水の発達
・ 粒子間の相互作用 ???要確認????
・ 密度変化に伴う落下速度の変化
誘電特性(dielectric properties)と放射特性は異なる手法で計算され、相互比較している。光学的厚さと反射強度因子を比較して、観測に近づけるためどちらを利用すべきかを決めた。過去の研究(Fabry and Szyrmer 1999 etc..)は観測したZとの一致に集中していたが、衛星から用いる場合は放射特性との一値が重要である。5/11’7
４．要約と外観
融解粒子の一次元モデルを開発した。融解粒子は雪と霰を考慮している。3次元雲解像度モデルから境界条件を得て、0℃レベル直上から下方への融解状態を再現している。雪の密度は0.1g/cm3、霰の密度は0.4g/cm3で一定を仮定している。
粒子融解モデルを用いて放射特性を計算した(おそらく、ここがポイント)。粒子による吸収と散乱は10.65〜85.5GHｚでかなり小さい(0.1mm程度の)融解粒子によって強化される。大粒子による射出(？obsorption)は10.65、19.35、37,0,85.5で10,5,3,2倍になっていた。5/22’8
サイズを固定した粒子について13.8Gで後方散乱効率を計算した。融解した水の部分に比例して、後方散乱効率(backscatter efficient)が大きくなってブライトバンドが形成された。
融解層の放射特性はモデルの選択に影響を受ける。この確からしさを検討するために、2つの熱帯のスコールライン上に見られる4つの融解層を検討した。5/30’8
雪と霰の融解も初期分布が同じであれば、モデルが同じであれば、似た工学的厚さを示す。5/23’8
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Constraining Microwave Brightness
Temperatures by Radar Brightband Observations |
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A. Battaglia, C. Kummerow, Dong-Bin Shin, and C. Williams |
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Journal of Atmospheric and Oceanic
Technology
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藤吉ノートp78l中段。電気学の観点から従来の粒子モデルと比較している。
過去の調査0508
(目標)モデルの詳細を調査する。5/20’8