フェーズドアレイレーダで捉えた豪雨の３次元構造

佐藤 晋介（NICT）
公開シンポジウム「ゲリラ豪雨研究の最前線」
2013年9月5日＠大阪大学中之島センター
1目次
１．はじめに−雨ができるしくみ

２. 積乱雲による雨の３次元構造−３０秒と５分の違い

３．次々と発生する積乱雲による豪雨−2012年8月14日の宇治豪雨の事例

４． 観測データのリアルタイム処理・公開−クラウドによるデータ利用システム

５． 今後の展望−２台目、３台目のフェーズドアレイ

2

はじめに
・ 近年、局地的大雨（ゲリラ豪雨）や竜巻による突発的・局所的気象災害が社会問題となっている。
・ 都市域ではＸバンドMPレーダが整備され地上付近の降雨分布を１分間隔で観測。
・ 大雨の前兆現象や発達過程の調査研究、直前予測には３次元観測が重要であるが、従来のパラボラアンテナによるレーダでは、３次元観測に５分以上の時間を要する。

都賀川の鉄砲水（2008/7/28）

国交省Cバンドレーダ
雨量計観測網とX-バンドMPレーダの配備状況（○印）.
つくば市竜巻（2012/5/6）

レーダ近傍の未観測域

地球の曲率に伴う未観測域

大型レーダ観測

パラボラアンテナによる３次元立体観測（５〜１０分）

フェーズドアレイレーダーによる３次元立体観測（１０〜３０秒）
小型レーダによるネットワーク観測3

「積乱雲の発達」と「雨の成長」

 雲粒が成長して雨となり地上に降ってくる ０℃（〜 ５km程度）より上空では雪やあられ 一つの積乱雲の一生は３０分程度
 成長した雨粒がレーダで観測される
 雨滴は１０分間で４〜５km落下

雲（くも）粒〜０．０１ｍｍ

雨（あめ）粒〜１ｍｍ
霧（きり）粒〜０．１ｍｍ4

孤立積乱雲による局地的大雨

8 km
（高度）

2012年07月26日,17:38:16の３次元降水分布．けいはんな（精華町）
付近の降雨の３次元構造を北東方向から眺める （格子間隔 100m）．
⇒ 17:20:16〜18:10:46の動画（30秒間隔／ 5分間隔）．

5

孤立積乱雲による局地的大雨（３０秒毎）

6

孤立積乱雲による局地的大雨（５分毎）

7

豪雨のタマゴ： 地上に雨が達する１０分前
17:30:16

17:32:16

17:34:16

17:36:16

17:38:16

17:40:16

17:42:16

17:44:168宇治豪雨 （2012/8/13, 20:00〜8/14, 08:00）

琵琶湖箕面

 京都
 宇治

六甲山
 神戸

大阪湾

 大阪

生駒山

 奈良

2012年08月13日夜8時から翌日朝8時までの１２時間の３次元降雨分布を大阪の南上空から眺める（観測範囲半径60km，格子間隔 250m）．
10/20fps → 300/600倍速
地形（SRTM-DEM）は高さ方向に約２倍拡大.

9宇治豪雨（2012/8/14, 03:00〜04:10）

 宇治市
 島本町
 高槻市

10

宇治豪雨（2012/8/14, 04:00）

11宇治豪雨（2012/8/14, 03:15〜04:15）

12宇治豪雨（2012/8/14, 03:15〜04:15）

13

レーダ観測範囲と観測データ種別
収録データ種別1

受信電力 (Pr-MTI)

2受信電力 (Pr-NOR)

3

京都

4
5

吹田
明石

奈良

ドップラー速度 (Vr-MTI)
ドップラー速度 (Vr-NOR)
速度幅 (W-MTI)

6速度幅 (W-NOR)

7

SN判定値 (SN-MTI)

8

SN判定値 (SN-NOR)

9受信電力 (Pr)

10

関西空港

レ
ベル
1

11
12
13

レ
ベル
2

反射強度 (Ze)
ドップラー速度 (Vr)
速度幅 (W)
降雨強度 (R)

詳細観測（10 sec.）

300 range×320 sector（AZ）×111 angle（EL）×2 byte＝ 20.3 MB / file
13 file 合計サイズ（ヘッダー含む）： 275 MB / 10sec ⇒ 220 Mbps

通常観測（30sec.）

600 range×300 sector（AZ）×110 angle（EL）×2 byte＝ 37.8 MB / file
13 file 合計サイズ（ヘッダー含む）： 493 MB / 30sec （〜1GB/分）⇒ 131 Mbps
14データ処理・利用システム
DBF処理後IQデータ（〜１ Gbps）

データ変換部（ＧＰＧＰＵ）

レーダ処理
後データ（220 Mbps）（220 Mbps）

データ蓄積部

HUB①（220 Mbps）

（GbE)
空中線装置

阪大AP
サーバ

ＮＡＳ
（14．5TB)

ssh
RAID（63TB)RAID（42TB)

オフライン
収集部
DAS
（１２TB)

オフライン
処理部
RAID

データ公開
サーバ
（小金井）

データ
中継サーバ

監視制御部
DBF処理前IQデータ（〜6 Gbps）

阪大のJGN-X
アクセスポイント(L2スイッチ)

L3スイッチ

ssh

NICT
サイエンス
クラウド

ペタバイトストレージ（けいはんな）

阪大LAN

阪大NWPrivate NW

データ解析
サーバ（小金井）JGN-X （NICT NW)

リアルタイム処理 ⇒ 実利用には必須、高速ネットワーク回線
ビッグデータ ⇒ データ容量は２TB/日以上、 原則24時間運用、
NICTサイエンスクラウド（PBストレージ＠けいはんな）

オープンデータ ⇒ Webページから過去データ画像にもアクセス
生データも含めて全て公開（研究目的）
15

フェーズドアレイ気象レーダの応用分野○○県△△市竜巻注意情報
平成××年4月20日10時29分△△地方気象台発表○○県△△市では竜巻発生のおそれがあります。 発生
予測時刻と場所は以下の地図のとおりです。
頑丈な建物内に移動するなど、安全確保に努めてください。

数値予報モデルへのデータ同化、きめ細かな竜巻注意情報【気象庁】

洪水予測、土砂災害予測【国土交通省・地方整備局】

ダム放流（洪水調整）【ダム管理事務所】

航空管制 【航空局】

ユーザが必要とする情報の提供

リアルタイムで観測データを配信

突発的・局所的現象の解明【研究機関・大学】

低コスト
レーダーの開発住民避難勧告 【市町村】

次世代ドップラーレーダー技術の研究開発【総務省・NICT】

10%50%80%

10%
50%
80%

30min
20min
10min

一般市民への情報提供【民間気象会社】

列車安全運行 【鉄道会社】

下水道ポンプ制御 【市町村】

16

公開Ｗｅｂページ （http://pawr.nict.go.jp/）

過去データも重要！ 17

フェーズドアレイ気象レーダ•ドップラーライダー
融合システムの整備計画 （Ｈ２４補正予算）

20 m

Iwai et al. 2010
ドップラーライダー：降水発生前の場、および周辺の非降水域の風速場が観測が可能

2014年3月までに２ヶ所に整備予定
 NICT未来ICT研究所(神戸市西区岩岡町)
 NICT沖縄電磁波技術センター(恩納村)18

阪大・NICT神戸PAWRによる観測範囲

19３次元風速算出のDual-Doppler観測範囲

20

まとめ
 フェーズドアレイ気象レーダによる高速３次元観測でゲリラ豪雨のタマゴを１０分前に探知した。
 宇治豪雨をもたらしたバックビルディング型の積乱雲の詳細な３次元構造を解析した。
 豪雨の短時間予測のために重要なリアルタイムデータ処理システムと公開Webページを紹介した。
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