風、雲、雨を測定する気象レーダーの能力はどの程度でしょうか?

著者: Haiyueming Studio

気象レーダーや気象衛星は気象観測や天気予報において重要な役割を果たしています。それらは私たちに豊富な気象情報を提供し、天候の変化をよりよく理解し、それに対応するのに役立ちます。今日は、強力な技術ツールである気象レーダーに焦点を当て、その幅広い応用と日常生活への広範囲にわたる影響について詳しく探ってみましょう。

気象レーダーは気象の検出に特化したレーダーであり、能動型マイクロ波大気遠隔探知装置です。気象レーダーは、小規模および中規模の気象システムを警告および予測するために使用される主要な検出ツールの 1 つです。レーダー波がターゲットに反射した情報からターゲットの位置や特徴を判断します。従来のレーダー装置は、一般的に、指向性アンテナ、送信機、受信機、アンテナ コントローラ、ディスプレイ、カメラ、電子コンピュータ、画像伝送コンポーネントで構成されています。気象レーダーは、災害的な天候を監視して警告することができ、また、エコーに基づいて層雲か積雲の降水かを判断することができます。雹や竜巻が発生する可能性があるかどうかを識別できます。また、いくつかの気象システム内の特定の構造分布を正確に分析し、特定することができます。さらに、大規模な降水量を定量的に推定したり、リアルタイムの風況情報を監視したりすることも可能です。もう一つのポイントは、高解像度数値天気予報モデルの初期値場を改善できることです。レーダー反射率と視線速度データを通信することで、高解像度数値天気予報モデルの処分場精度が大幅に向上し、高解像度数値天気予報が向上します。

主な気象レーダーには、雲測定レーダー、雨量測定レーダー、風量測定レーダー、円偏波レーダーなどがあります。

雲検知レーダー。降水が発生する前に雲の高さ、厚さ、物理的特性を検出するために使用されるレーダーです。一般的に使用される波長は 1.25 cm または 0.86 cm です。動作原理は降雨測定レーダーと同じで、主に雲頂と雲底の高さを検出するために使用されます。空に複数の雲の層がある場合は、各層の高さも測定できます。雲の粒子は降水粒子よりも小さいため、雲レーダーはより短い波長で動作します。雲レーダーは、雲が比較的少ない高層雲と中層雲のみを検出できます。積乱雲や雹などの水分量の多い低層の雲は、雲測定レーダーのビームが透過しにくいため、雨測定レーダーでしか検知できません。

雨レーダー。気象レーダーとも呼ばれ、雨滴、雲粒、氷晶、雪片などによる電磁波の散乱効果を利用して、大気中の降水量や雲中の大きな水滴の濃度、分布、動き、進化を検出し、気象システムの構造と特性を把握します。降雨レーダーは台風、局地的な激しい嵐、雹、大雨、強い対流雲を検出し、気象の変化を監視することができます。

風レーダー。高高度の異なる大気層における水平風向、風速、気圧、温度、湿度などの気象要素を検出するために使用されます。風速測定レーダーの検出方法は、一般的に、反射ターゲットまたは気球に吊るされたトランスポンダーの追跡を使用して気球の位置を連続的に特定することです。単位時間あたりの気球の変位に基づいて、さまざまな大気層における水平風向と風速を判定できます。気球には高高度の気圧、温度、湿度を遠隔で測定するための観測機器も取り付けられている。

円偏波レーダー。一般的な気象レーダーは水平偏波または垂直偏波を放射しますが、円偏波レーダーは円偏波を放射します。レーダーが円偏波を放射する場合、球状の雨滴のエコーは反対方向に回転する円偏波になりますが、大きな非球状粒子（雹など）は円偏波の偏波解消を引き起こします。非球形の雹の偏光解消特性のエコー特性を利用することで、円偏光レーダーを使用して嵐の中の雹の存在を識別することができます。

気象レーダー画像を理解する方法は科学的かつ実践的なスキルであり、特定の基本知識と方法を習得する必要があります。レーダー チャートの読み方に関するガイドラインを以下に示します。レーダー チャート上の赤、黄、青、緑のブロックはレーダー エコーです。青や緑などの寒色は曇りや小雨などの穏やかな天候を示し、黄色や赤などの暖色は、その地域の天候がより厳しいことを示します。

青: エコーに対応する領域は、その地域が降水雲に覆われているが、まだ降雨は発生していないことを示しています。

緑: エコーが覆うエリアは霧雨に「浸っている」エリアを表します。

黄色から赤 – エコーがカバーするエリアでは中程度から激しい雨が予想されます。一般的に、黄色の領域は 1 時間あたり約 10 mm の降雨強度に相当します。オレンジ色のレーダーエコーは、一般的に1時間あたり約20mmの降雨強度に相当し、短時間の雷雨、強風、雹、その他の激しい対流気象が発生する可能性があります。

朱色 - 時間降雨量は 1 時間あたり 28 ～ 48 mm、明るい赤色 - 時間降雨量は 1 時間あたり 58 ～ 99 mm、濃い赤色 - 時間降雨量は 1 時間あたり 120 ～ 205 mm です。

紫色 - 「紫色のエコーで覆われた」エリアは降水強度が最も強いです。この地域は激しい雨や集中豪雨に見舞われており、雷雨、強風、さらには雹などの悪天候が伴う可能性があります。

気象レーダーは主に気象状況や傾向の変化を検知するために使用されます。天気予報だけでなく、農業、水文学、林業、運輸、エネルギー、海洋、航空、航空宇宙、国防、建設、観光、医療の分野における専門的な気象サービスにも広く使用されています。気象リスクを防止し、飛行の安全を確保するために開発された航空電子機器製品です。アンテナから放射された電磁波が障害物に遭遇すると反射して戻ってくるという原理を利用します。ターゲットの導電率が高く、反射面が大きいほど、エコーは強くなります。飛行中、パイロットに飛行経路の前方および両側の気象状況を継続的に提供できます。さらに、航空機前方の地表の特徴を地図形式で表示します。パイロットはこれを使用して、安全なルートを選択したり、危険な天候地域やその他の障害物を回避したり、ランドマークを識別したり、航空機の位置を特定したりできます。

気象レーダーと気象衛星は、気象観測や予報においてそれぞれ独自の特徴と機能を持っています。上記の紹介に基づいて、私たちはすでに気象レーダーについて学びました。それでは気象衛星に関する関連コンテンツをご紹介します。

気象衛星は、宇宙から地球とその大気の気象観測を行う人工衛星です。気象衛星は観測範囲が広く、観測回数が多く、観測の適時性が速く、観測データの品質が高いという特徴があります。衛星の主な用途は、前線、熱帯低気圧、その他のシステムを決定するための大規模な観測です。衛星は、特に気象観測所を設置できない遠隔地の荒野や海洋において、大きな役割を果たします。衛星は、特に激しい対流気象が発生した場合に気象システムを特定するためにも使用されます。しかし、衛星のいくつかの欠点も非常に明白です。たとえば、強い対流雲は衛星上では明るい白い雲としてのみ表示されます。雲の内部構造の特性を考慮すると、この雲はどのような災害的な天候を生み出すのでしょうか?竜巻、雹、それとも短時間の大雨？これらすべてを判断するにはレーダーが必要です。

気象衛星は観測精度や逆変換方法の限界により、検出精度の点では気象レーダーに匹敵するものではありません。ただし、レーダーのカバー範囲は限られているため、両者は互いに補完し合い、完全に置き換えることはできません。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。

著者: Haiyueming Studio

査読者: 戴雲偉、中国気象局シニアエンジニア

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司