レーダ監視技術に係わる国内外の現状（独）防災科学技術研究所
真木雅之

第２回竜巻等突風対策検討会（2006.12.21、内閣府）

発表内容¾¾ 気象レーダのタイプ
気象レーダのタイプ¾¾ 研究用レーダによる竜巻等の観測例
研究用レーダによる竜巻等の観測例¾¾ 各国の現業気象レーダの現状
各国の現業気象レーダの現状¾¾ まとめまとめレーダの定義

Radar: Radio detection and ranging
電波を使って、ある物体を検知し距離を測る機器

気象レーダの種類（地上レーダ）¾ 在来型レーダ¾ ドップラーレーダ¾ 偏波ドップラーレーダ（ＭＰレーダ）

在来型レーダ
受信信号の強さから雨の強さと位置を測るレーダ

降雨強度に応じて受信信号の強さが変化

雨滴：球状を仮定

受信信号

雨域

送信パルス

a
Z：反射因子R：降雨強度Z-R 関係式（古典的な降雨強度の推定式）
Z =αRβ （層状性の雨：α=200，β=1.6、 対流性の雨：α=300，β=1.4）

在来型レーダによる降雨の測定

ドップラーレーダ
受信周波数の変化から動径方向の風を測るレーダ

雨滴の移動に応じて受信信号の周波数が変化

雨滴の移動

受信信号

雨域

送信パルス

af0：送信周波数
fr：受信周波数f0-fr：受信周波数の変化
ドップラー速度Vd =Vd：ドップラー速度c ⋅ ( f0 − fr )2 f0

ドップラーレーダによる動径風の測定

台風の中の小さな渦状擾乱
台風１１号は日本各地に被害をもたらしました．関東では群馬県と埼玉県で８月２２日早朝に強風による被害がもたらされました．図３ａはこのとき，MP-Xで観測されたレインバンドの反射強度を示したものです．線状の強い雨の領域が午前３時30分頃，埼玉県と群馬県の県境で発達しています．このときのMP-Xにより観測されたドップラー速度の分布を図３ａに示します．

茨城県
埼玉県

千葉県

図３ａ 台風11号のレインバンド内のレーダ反射因子の分布（2001年８月22日03:43）．＋はレーダの位置を表します．白い四角で囲まれたところに着目．赤い色の線状の部分ではレーダ反射因子が60dBZに達しており，非常に強い雨が降っているところです．その西側には矢印で示した，レーダ反射因子が比較的小さい部分（緑色）があります．

図３ｂ 台風11号のレインバンド内のドップラー速度分布（2001年８月22日03:43）．暖色系はプラスのドップラー速度でレーダから遠ざかる方向，寒色系はマイナスのドップラー速度でレーダに近づく方向を表します．黒い破線で囲まれたところにプラス（紫色）とマイナス（緑色）のペアが見られます．このような速度パターンはトルネードなどに見られるパターンで，台風のレインバンドの中で小さな渦状擾乱ができていたことを示すものです．

複数台のドップラーレーダによる観測例
複数台のドップラーレーダによる観測例
ドップラーレーダ

偏波ドップラーレーダ

米国での竜巻のドップラーレーダ観測例
米国での竜巻のドップラーレーダ観測例
DOW：Doppler on WheelVZ
竜巻の中心（NOAAのNSSLホームページより）

偏波ドップラーレーダ
様々な偏波パラメータから降水に関する詳細な情報を測るレーダ
ΔφφDP＝2Δφ ：偏波間位相差
送信パルス

受信信号

H-pola

ZHb
V-pol

ZV

雨域
R：降雨強度
雨滴の形状

KDP：比偏波間位相差
ZH ：水平偏波の反射因子
偏波パラメータZV ：垂直偏波の反射因子
ZDR：反射因子差
ρhv：偏波間相関

在来型レーダから推定した雨量
在来型レーダから推定した雨量計
計5000以上の雨量計
5000以上の雨量計+
気象庁アメダス

0

国交省、地方自治体ほか

40km

雨量計による補正
雨量計による補正
レーダアメダス解析雨量

偏波ドップラーレーダによる推定
偏波ドップラーレーダによる推定
防災科研 ＭＰレーダ

22mm
00203240km

R = 7.07 ×10−3 Z H 0.819 for K DP ≤ 0.3°km-1
R = 19.6 K DP 0.823

for K DP > 0.3°km -1

偏波ドップラーレーダによる竜巻の観測例
偏波ドップラーレーダによる竜巻の観測例
ZZDR

ρhv

VW

Φdp

Francesc et al (2005)

レーダのタイプと得られる情報
レーダのタイプと得られる情報
レーダのタイプ

得られる情報在来型

ドップラー

偏波ドップラー

降水の強さと分布

雨
雪

○
○

○
○

◎
○

風の強さと分布

１台
複数××

○
◎

○
◎

×

Ｘ

◎

ターゲットの種類

地上気象レーダの発展（研究と現業）
地上気象レーダの発展（研究と現業）
1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

在来型
ドップラー
偏波ドップラーフェーズドアレイ
ギャップフィリング

研究
研究

在来型
ドップラー

現業（米国）
現業（米国）

偏波ドップラー

在来型
ドップラー

現業（日本）
現業（日本）

米国（NEXRAD)
米国（NEXRAD)

欧州の気象レーダ
欧州の気象レーダ
OPERA
Operational Program for
the Exchange of Weather
Radar Information

Operational radar (non-Doppler)
Operational radar (Doppler)
Planned radar (non-Doppler)
Planned radar (Doppler, Pol)期 間：1999-2006年
参加国：25カ国
目 的：欧州各国のレーダ
データ及びプロダクトを共有して利用するための環境整
備

中中 国
国
CINRAD by 2010
66 S-band Doppler
60 C-band Doppler

韓韓 国
国
2 C-band Doppler
8 S-band Doppler

日本（気象庁）
日本（気象庁）台台 湾
湾

4 Doppler radar

11 ドップラー （H19年度）
9 在来型（8 空港ドップラー）

各国の現業気象レーダの現状
各国の現業気象レーダの現状
米国：160台余りのドップラーレーダ網（NEXRAD）
米国：160台余りのドップラーレーダ網（NEXRAD）
順次偏波ドップラー化予定
順次偏波ドップラー化予定
欧州：各国の気象レーダを共有して利用（OPERA）
欧州：各国の気象レーダを共有して利用（OPERA）
一部のレーダは偏波ドップラー化予定
一部のレーダは偏波ドップラー化予定
中国：ドップラーレーダの整備（CINRAD)
中国：ドップラーレーダの整備（CINRAD)
日本：H19年度末までに11台の在来型をドップラー化
日本：H19年度末までに11台の在来型をドップラー化

現業ドップラーレーダの問題点と今後現業ドップラーレーダの問題点と今後
NEXRAD（米国）

高度1km以下の観測範囲

高度1km以下を監視できる範囲は半径45 km

Gap

ギャップを埋めるレーダ（米国CASAプロジェクトより）

小型レーダネットワークの利用
小型レーダネットワークの利用高性能小型レーダネットワーク（X-NET）案
想定されるＸバンドレーダ
想定されるＸバンドレーダ
NIED
NIEDMPレーダ
MPレーダ 3台
3台
ドップラーレーダ
ドップラーレーダ 5台
5台

JWA レーダ+MRIレーダ
MRIレーダ+
電中研レーダ

中央大レーダ++
MPMP-X+

X-DOP

X-POL+++

防衛大レーダ+雨の分布が求まる範囲
ギャップを埋めるレーダネットワーク
ギャップを埋めるレーダネットワーク
偏波ドップラーレーダの実利用
偏波ドップラーレーダの実利用

0

風向風速分布が求まる範囲
50100kmまとめまとめーー 竜巻など突風のレーダ監視技術
竜巻など突風のレーダ監視技術 ーー
現業：在来型からドップラーレーダへ
現業：在来型からドップラーレーダへ 竜巻そのものの監視は困難
竜巻そのものの監視は困難 親雲（メソサイクロン）の検出は可能
親雲（メソサイクロン）の検出は可能
 データ同化手法による親雲の予報精度の向上
データ同化手法による親雲の予報精度の向上

研究：最先端のレーダによる研究
研究：最先端のレーダによる研究
 竜巻そのものを捉えることが目標
竜巻そのものを捉えることが目標
 関東地方での研究計画(X-NET)
関東地方での研究計画(X-NET)
３台の偏波ドップラーレーダ、５台のドップラーレーダ
３台の偏波ドップラーレーダ、５台のドップラーレーダ
防災科学技術研究所、気象研究所、中央大学
防災科学技術研究所、気象研究所、中央大学
防衛大学校、電力中央研究所、気象協会
防衛大学校、電力中央研究所、気象協会