JP2002350537A - 気象レーダ - Google Patents
気象レーダInfo
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- JP2002350537A JP2002350537A JP2001163165A JP2001163165A JP2002350537A JP 2002350537 A JP2002350537 A JP 2002350537A JP 2001163165 A JP2001163165 A JP 2001163165A JP 2001163165 A JP2001163165 A JP 2001163165A JP 2002350537 A JP2002350537 A JP 2002350537A
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- weather
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
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- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来に比して高周波数の気象レーダを開発
し、雲等の気象現象を観測すると同時に、簡易な校正手
法を編み出すこと。 【解決手段】 気象現象を観測対象とし、該レーダの周
波数が９５ＧＨｚ帯であって、外部にある散乱体をレー
ダで測定することによって外部校正を行う。このとき、
該散乱体が、海面の散乱断面積を使用する。該レーダが
雲の垂直分布又は３次元分布の少なくともいずれかを観
測するレーダであってもよい。そして、飛行機や気球等
の大気圏における飛行物体に搭載されてもよいし、人工
衛星に搭載されてもよい。
し、雲等の気象現象を観測すると同時に、簡易な校正手
法を編み出すこと。 【解決手段】 気象現象を観測対象とし、該レーダの周
波数が９５ＧＨｚ帯であって、外部にある散乱体をレー
ダで測定することによって外部校正を行う。このとき、
該散乱体が、海面の散乱断面積を使用する。該レーダが
雲の垂直分布又は３次元分布の少なくともいずれかを観
測するレーダであってもよい。そして、飛行機や気球等
の大気圏における飛行物体に搭載されてもよいし、人工
衛星に搭載されてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自然現象を対象とし
た気象レーダに関する技術である。特に、該レーダの校
正手法に特徴を有する気象レーダに関するものである。
た気象レーダに関する技術である。特に、該レーダの校
正手法に特徴を有する気象レーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】地球温暖化など地球規模の気候を考える
上で、降水などによる水の循環が重要視されている。降
水の把握については、地上に置かれた気象レーダや雨量
計といった機器や熱帯降雨観測衛星などによっても行わ
れている。一方、降水を作り出すほかに、地球の放射エ
ネルギーの伝搬などに主要な役割を果たしている雲の把
握については、その観測手段の開発が未熟である。
上で、降水などによる水の循環が重要視されている。降
水の把握については、地上に置かれた気象レーダや雨量
計といった機器や熱帯降雨観測衛星などによっても行わ
れている。一方、降水を作り出すほかに、地球の放射エ
ネルギーの伝搬などに主要な役割を果たしている雲の把
握については、その観測手段の開発が未熟である。
【０００３】従来の気象レーダは、雨の測定はできるが
雲の測定はできなかった。これは雲に対するレーダの検
出感度の問題である。レーダの感度は、雨や雲粒子の直
径の６乗に比例する。雨粒の平均直径は１ｍｍから５ｍ
ｍであるのに対し、雲粒の平均直径は１０ミクロンから
０．１ｍｍであり、雲粒は雨粒の１００分の１以下であ
る。雲に対するレーダの感度は、降雨の場合に比べ１兆
分の１以下になる。そこで、雲を観測するためにはレー
ダを非常に高感度化する必要がある。レーダの感度は、
使用する電波の周波数の４乗に比例する。
雲の測定はできなかった。これは雲に対するレーダの検
出感度の問題である。レーダの感度は、雨や雲粒子の直
径の６乗に比例する。雨粒の平均直径は１ｍｍから５ｍ
ｍであるのに対し、雲粒の平均直径は１０ミクロンから
０．１ｍｍであり、雲粒は雨粒の１００分の１以下であ
る。雲に対するレーダの感度は、降雨の場合に比べ１兆
分の１以下になる。そこで、雲を観測するためにはレー
ダを非常に高感度化する必要がある。レーダの感度は、
使用する電波の周波数の４乗に比例する。
【０００４】そこで、周波数以外の条件を同じにできれ
ば、高い周波数の電波を使用することで高感度化が達成
できる。ただし、周波数を高くすると大気による電波の
減衰が無視できなくなる等の要因により、高周波数化に
は技術的な困難が伴う。このような理由から、高周波数
のレーダについては開発が遅れ、上記有用な雲観測レー
ダが提供される弊害となっていた。
ば、高い周波数の電波を使用することで高感度化が達成
できる。ただし、周波数を高くすると大気による電波の
減衰が無視できなくなる等の要因により、高周波数化に
は技術的な困難が伴う。このような理由から、高周波数
のレーダについては開発が遅れ、上記有用な雲観測レー
ダが提供される弊害となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、その
目的は、従来に比して高周波数の気象レーダを開発し、
雲等の気象現象を観測すると同時に、簡易な校正手法を
編み出すことである。
術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、その
目的は、従来に比して高周波数の気象レーダを開発し、
雲等の気象現象を観測すると同時に、簡易な校正手法を
編み出すことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次のような気象レーダを提供する。本
発明における気象レーダは、気象現象を観測対象とし、
該レーダの周波数が９５ＧＨｚ帯である。そして、外部
にある散乱体をレーダで測定することによって外部校正
を行う構成において、該散乱体が、海面の散乱断面積を
使用することを特徴とする。
解決するために、次のような気象レーダを提供する。本
発明における気象レーダは、気象現象を観測対象とし、
該レーダの周波数が９５ＧＨｚ帯である。そして、外部
にある散乱体をレーダで測定することによって外部校正
を行う構成において、該散乱体が、海面の散乱断面積を
使用することを特徴とする。
【０００７】気象レーダが、雲の垂直分布又は３次元分
布の少なくともいずれかを観測するレーダであってもよ
い。
布の少なくともいずれかを観測するレーダであってもよ
い。
【０００８】前記気象レーダが、飛行機や気球等の大気
圏における飛行物体に搭載されてもよいし、人工衛星に
搭載されてもよい。
圏における飛行物体に搭載されてもよいし、人工衛星に
搭載されてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施方法を実施例
に基づいて説明する。なお、本発明の実施形態は以下に
限定されず、その趣旨から逸脱しない範囲内で任意に変
更可能である。最初に、本発明における気象レーダが特
に観測対象とすることができる雲の観測についてその概
略を説述する。
に基づいて説明する。なお、本発明の実施形態は以下に
限定されず、その趣旨から逸脱しない範囲内で任意に変
更可能である。最初に、本発明における気象レーダが特
に観測対象とすることができる雲の観測についてその概
略を説述する。
【００１０】雲については、その観測手段があまりな
く、雲は地球温暖化予測における最大の不確定要因とさ
れている。そもそも、地球は太陽光線により暖められ、
暖められた地球は赤外線を放射して冷却されることによ
り、地球の温度のバランスが保たれている。そのなか
で、低層にある雲は太陽光線を反射するので地球を冷却
する効果があり、高層にある雲は地球からの赤外放射を
遮断するので地球を暖める効果がある冬季には、雲が無
い場合に地表付近が赤外放射により冷却される放射冷却
現象が発生する。
く、雲は地球温暖化予測における最大の不確定要因とさ
れている。そもそも、地球は太陽光線により暖められ、
暖められた地球は赤外線を放射して冷却されることによ
り、地球の温度のバランスが保たれている。そのなか
で、低層にある雲は太陽光線を反射するので地球を冷却
する効果があり、高層にある雲は地球からの赤外放射を
遮断するので地球を暖める効果がある冬季には、雲が無
い場合に地表付近が赤外放射により冷却される放射冷却
現象が発生する。
【００１１】このように、雲の把握については、雲の高
さや厚さといった垂直分布の情報を調べる必要がある。
さらに、雲水量や氷水量と言われる雲に含まれている水
や氷の量、粒子の平均半径といった情報を得ることが地
球温暖化の高精度予測につながる。現在、使われている
気象衛星では、可視光線や赤外線で「写真を撮る」こと
により雲の水平分布が観測できる。しかし、それからわ
かることは雲の頂上の情報のみであり、厚さやその下に
ある雲の内部の情報まではわからない。
さや厚さといった垂直分布の情報を調べる必要がある。
さらに、雲水量や氷水量と言われる雲に含まれている水
や氷の量、粒子の平均半径といった情報を得ることが地
球温暖化の高精度予測につながる。現在、使われている
気象衛星では、可視光線や赤外線で「写真を撮る」こと
により雲の水平分布が観測できる。しかし、それからわ
かることは雲の頂上の情報のみであり、厚さやその下に
ある雲の内部の情報まではわからない。
【００１２】一方、レーダは電波を発射して物体から反
射された信号を受信するが、信号の強さだけでなく、発
射からの時間差を測ることで物体までの距離も測定でき
る。そこで、このレーダ技術を用いて雲の垂直分布を測
定できる計測器の開発が望まれており、本発明の創出に
つながっている。
射された信号を受信するが、信号の強さだけでなく、発
射からの時間差を測ることで物体までの距離も測定でき
る。そこで、このレーダ技術を用いて雲の垂直分布を測
定できる計測器の開発が望まれており、本発明の創出に
つながっている。
【００１３】本発明の実施例としては、航空機に搭載す
る雲観測レーダや、人工衛星搭載型の雲観測レーダがあ
る。特に、地球規模で雲の垂直分布及び３次元分布を観
測するため、人工衛星に搭載可能な雲観測レーダは非常
に有用である。これら、レーダで測定したデータを雲の
物理量に変換するためには、まず、レーダの校正を行う
ことが必要である。
る雲観測レーダや、人工衛星搭載型の雲観測レーダがあ
る。特に、地球規模で雲の垂直分布及び３次元分布を観
測するため、人工衛星に搭載可能な雲観測レーダは非常
に有用である。これら、レーダで測定したデータを雲の
物理量に変換するためには、まず、レーダの校正を行う
ことが必要である。
【００１４】レーダの校正には、内部校正と外部校正の
２通りがあるが、本発明は外部校正の技術に関するもの
である。従来は、外部校正として、コーナーリフレクタ
などの公知の散乱断面積を持った散乱体をレーダで測定
して行っている。すなわち、熱帯降雨観測衛星に搭載さ
れた降雨レーダにおいて、コーナーリフレクタ、能動型
反射機などを配置して校正している。しかし、このよう
な従来の校正用のターゲットを配設する手法ではなく、
自然をターゲットに校正源として用いれば、様々な場所
で校正を行うことになる。そこで海面を校正源として用
いるのが本発明の根幹をなす技術であり、この点につき
以下説述する。
２通りがあるが、本発明は外部校正の技術に関するもの
である。従来は、外部校正として、コーナーリフレクタ
などの公知の散乱断面積を持った散乱体をレーダで測定
して行っている。すなわち、熱帯降雨観測衛星に搭載さ
れた降雨レーダにおいて、コーナーリフレクタ、能動型
反射機などを配置して校正している。しかし、このよう
な従来の校正用のターゲットを配設する手法ではなく、
自然をターゲットに校正源として用いれば、様々な場所
で校正を行うことになる。そこで海面を校正源として用
いるのが本発明の根幹をなす技術であり、この点につき
以下説述する。
【００１５】従来、より低周波数、例えば１４ＧＨｚの
レーダにおいて、積分処理後の海面散乱が非常に安定し
ていることが知られていた。しかし、上述のように雲の
観測でも用いるためにはより高周波数のレーダの使用が
必要であり、このような周波数帯で海面散乱の安定を調
べ、校正源として用いることができるか否かは不明であ
った。一般にマイクロ波帯における海面の規格化散乱断
面積σ0は、電波の波長λや偏波ｐ、風向φ、風速Ｕ、
電波の海面への入射角θによって記述される。電波の波
長、偏波、風向を固定したとき、風速をパラメータとし
て、入射角依存性が記述できる。マイクロ波領域では、
入射角２０度以下では準鏡面散乱が、２０度以上ではブ
ラッグ散乱が支配的である。
レーダにおいて、積分処理後の海面散乱が非常に安定し
ていることが知られていた。しかし、上述のように雲の
観測でも用いるためにはより高周波数のレーダの使用が
必要であり、このような周波数帯で海面散乱の安定を調
べ、校正源として用いることができるか否かは不明であ
った。一般にマイクロ波帯における海面の規格化散乱断
面積σ0は、電波の波長λや偏波ｐ、風向φ、風速Ｕ、
電波の海面への入射角θによって記述される。電波の波
長、偏波、風向を固定したとき、風速をパラメータとし
て、入射角依存性が記述できる。マイクロ波領域では、
入射角２０度以下では準鏡面散乱が、２０度以上ではブ
ラッグ散乱が支配的である。
【００１６】衛星搭載レーダの入射角はほとんど０度に
近く、準境面散乱の式を利用できる。このとき、海面の
傾斜が等方性であり、ガウス分布であると見なせる場合
には、σ0は次の式（１）で表される。
近く、準境面散乱の式を利用できる。このとき、海面の
傾斜が等方性であり、ガウス分布であると見なせる場合
には、σ0は次の式（１）で表される。
【式１】 ここで、Ｒλ（０）は入射角０度におけるフレネルの反
射係数、ｓ2（λ，Ｕ）は表面傾斜の分散である。電波
の波長を固定すれば、散乱断面積の入射角依存性は風速
のみの関数となる。入射角０度の時のσ0（０）は次の
式（２）で表される。
射係数、ｓ2（λ，Ｕ）は表面傾斜の分散である。電波
の波長を固定すれば、散乱断面積の入射角依存性は風速
のみの関数となる。入射角０度の時のσ0（０）は次の
式（２）で表される。
【式２】
【００１７】次に、レーダ方程式を考えると、海面のよ
うな表面散乱の場合のレーダ方程式は式（３）のように
なる。
うな表面散乱の場合のレーダ方程式は式（３）のように
なる。
【式３】 ここでｐt，ｐrは受信、送信電力、Ｇはアンテナ利得、
λは電波の波長、Ｒはレンジ、Ｌはシステム損失、σ0
は海面の規格化散乱断面積、Ａはビーム照射面積（観測
領域）、ｋは伝搬損失である。
λは電波の波長、Ｒはレンジ、Ｌはシステム損失、σ0
は海面の規格化散乱断面積、Ａはビーム照射面積（観測
領域）、ｋは伝搬損失である。
【００１８】ここで実施例として用いたレーダのパラメ
ータとして、周波数が９５．０４０ＧＨｚ、アンテナビ
ーム幅０．６度、パルス幅１．０マイクロ秒（観測時）
であり、アンテナを航空機の進行方向に垂直な面内で走
査する。この場合、ビーム幅の狭いレーダで海面を観測
することになり、観測領域はパルス幅でなくビーム幅に
制限される。よって、この場合のレーダ方程式は式
（３）から式（４）のように表すことができる。
ータとして、周波数が９５．０４０ＧＨｚ、アンテナビ
ーム幅０．６度、パルス幅１．０マイクロ秒（観測時）
であり、アンテナを航空機の進行方向に垂直な面内で走
査する。この場合、ビーム幅の狭いレーダで海面を観測
することになり、観測領域はパルス幅でなくビーム幅に
制限される。よって、この場合のレーダ方程式は式
（３）から式（４）のように表すことができる。
【式４】 ここで、Ｇ0はアンテナ利得、θはアンテナビーム幅、
θiは電波の海面への入射角、σ0（θi）は海面の規格
化散乱断面積である。
θiは電波の海面への入射角、σ0（θi）は海面の規格
化散乱断面積である。
【００１９】実施にあたり、航空機からの観測実験を行
った。そして、上記式（４）を用いて海面の散乱断面積
を計算し、該結果の入射角特性を示したものが図１であ
る。図１において、入射角１度ごとの平均及び分散、式
（２）でフィッティングしたグラフ（１０）を示してい
る。図１において入射角依存性は、グラフ（１０）にお
いてフィッティングするのに無理がないことがわかり、
９５ＧＨｚ帯においても準鏡面散乱が支配的であると判
断できる。したがって、９５ＧＨｚ帯においても海面を
校正源として用いることができるのである。ここで本発
明が対象とする９５ＧＨｚ帯は、より詳しくは９０ＧＨ
ｚないし１００ＧＨｚの周波数を有するレーダーであっ
て、該範囲内の周波数を法規等制限内において任意に設
定することができる。
った。そして、上記式（４）を用いて海面の散乱断面積
を計算し、該結果の入射角特性を示したものが図１であ
る。図１において、入射角１度ごとの平均及び分散、式
（２）でフィッティングしたグラフ（１０）を示してい
る。図１において入射角依存性は、グラフ（１０）にお
いてフィッティングするのに無理がないことがわかり、
９５ＧＨｚ帯においても準鏡面散乱が支配的であると判
断できる。したがって、９５ＧＨｚ帯においても海面を
校正源として用いることができるのである。ここで本発
明が対象とする９５ＧＨｚ帯は、より詳しくは９０ＧＨ
ｚないし１００ＧＨｚの周波数を有するレーダーであっ
て、該範囲内の周波数を法規等制限内において任意に設
定することができる。
【００２０】このように、実施例では航空機に搭載した
レーダにおいて、海面を用いた校正が可能であり、従来
難しかった高周波数のレーダを容易に用いることができ
るようになった。上記実施例では航空機に搭載したが、
本発明における気象レーダは、気球等の大気圏内で飛行
する飛行物体や、人工衛星に搭載することも同様に可能
であり、特に雲を観測可能な高精度なレーダを提供する
ことができる。もちろん、該レーダは降雨を観測するも
のであってもよく、その使用目的は気象現象を観測する
範囲内において任意である。
レーダにおいて、海面を用いた校正が可能であり、従来
難しかった高周波数のレーダを容易に用いることができ
るようになった。上記実施例では航空機に搭載したが、
本発明における気象レーダは、気球等の大気圏内で飛行
する飛行物体や、人工衛星に搭載することも同様に可能
であり、特に雲を観測可能な高精度なレーダを提供する
ことができる。もちろん、該レーダは降雨を観測するも
のであってもよく、その使用目的は気象現象を観測する
範囲内において任意である。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、以上の構成を備えるので、次
の効果を奏する。請求項１に記載の気象レーダによる
と、微細な粒子であっても観測可能な高周波数のレーダ
を用いることができるので、高精度な気候の予測等が可
能になり、広く科学技術の発展に寄与する。そして、該
高周波数のレーダでも海面の散乱断面積を使用する散乱
体によって校正を行うことができ、校正手法の多様化を
図るとともに、校正に係る制限を抑制し、好適な校正が
可能な気象レーダを提供することができる。
の効果を奏する。請求項１に記載の気象レーダによる
と、微細な粒子であっても観測可能な高周波数のレーダ
を用いることができるので、高精度な気候の予測等が可
能になり、広く科学技術の発展に寄与する。そして、該
高周波数のレーダでも海面の散乱断面積を使用する散乱
体によって校正を行うことができ、校正手法の多様化を
図るとともに、校正に係る制限を抑制し、好適な校正が
可能な気象レーダを提供することができる。
【００２２】請求項２に記載の気象レーダによると、雲
の垂直分布又は３次元分布の少なくともいずれか分布を
観測することができるので、従来十分に観測できなかっ
た該分布を観測し、より多角的な気象研究が可能にな
り、ひいては好適な気候の予測に寄与する。
の垂直分布又は３次元分布の少なくともいずれか分布を
観測することができるので、従来十分に観測できなかっ
た該分布を観測し、より多角的な気象研究が可能にな
り、ひいては好適な気候の予測に寄与する。
【００２３】請求項３に記載の気象レーダによると、飛
行機等に該気象レーダを搭載することができ、かつ校正
が容易であるので、部分を限定し、必要時に観測を行え
る気象レーダを提供することができる。
行機等に該気象レーダを搭載することができ、かつ校正
が容易であるので、部分を限定し、必要時に観測を行え
る気象レーダを提供することができる。
【００２４】請求項４に記載の気象レーダによると、人
工衛星に気象レーダを搭載することができるので、定常
的な気象現象の観測が可能となり、特に地球規模での気
象予測に寄与する。
工衛星に気象レーダを搭載することができるので、定常
的な気象現象の観測が可能となり、特に地球規模での気
象予測に寄与する。
【図１】入射角特性を示すグラフ
１０ フィッティンググラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 博 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 岡本 創 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 東北大学 内 Ｆターム(参考） 5J070 AB01 AE12 AF06 AF08 AH02 AK22
Claims (4)
- 【請求項１】気象現象を観測対象とする気象レーダであ
って、 該レーダの周波数が、９５ＧＨｚ帯であり、 外部にある散乱体をレーダで測定することによって外部
校正を行う構成において、 該散乱体が、 海面の散乱断面積を使用することを特徴とする気象レー
ダ。 - 【請求項２】前記気象レーダが、 雲の垂直分布又は３次元分布の少なくともいずれかを観
測するレーダである請求項１に記載の気象レーダ。 - 【請求項３】前記気象レーダが、 大気圏における飛行物体に搭載される請求項１又は２に
記載の気象レーダ。 - 【請求項４】前記気象レーダが、 人工衛星に搭載される請求項１又は２に記載の気象レー
ダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163165A JP3903166B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 気象レーダの校正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163165A JP3903166B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 気象レーダの校正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002350537A true JP2002350537A (ja) | 2002-12-04 |
| JP3903166B2 JP3903166B2 (ja) | 2007-04-11 |
Family
ID=19006183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001163165A Expired - Lifetime JP3903166B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 気象レーダの校正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3903166B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004351950A (ja) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Ihi Aerospace Co Ltd | 天体の立体観測方法 |
| KR20160000583A (ko) * | 2014-06-25 | 2016-01-05 | 수원대학교산학협력단 | 기상 변화 레이저 시스템 및 이를 이용한 기상 변화 방법 |
-
2001
- 2001-05-30 JP JP2001163165A patent/JP3903166B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004351950A (ja) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Ihi Aerospace Co Ltd | 天体の立体観測方法 |
| KR20160000583A (ko) * | 2014-06-25 | 2016-01-05 | 수원대학교산학협력단 | 기상 변화 레이저 시스템 및 이를 이용한 기상 변화 방법 |
| KR101682762B1 (ko) * | 2014-06-25 | 2016-12-05 | 수원대학교산학협력단 | 기상 변화 레이저 시스템 및 이를 이용한 기상 변화 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3903166B2 (ja) | 2007-04-11 |
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