21時 頃 に お け る 観 測 よ り求 め られ た 信 号 か ら水 蒸 気 濃 度 を 導 出 した(図5.14).時 間 分 解 能:10分,距 離 分 解 能:150mで あ る.21時 頃 に お け る 観 測 よ り求 め られ た 信 号,背 景 光 を パ ラ メ ー タ と し,式(4.15)か ら求 め られ る 統 計 誤 差 を,図5.15に 示 す.積 算 時 間:10 分,距 離 分 解 能:150mで あ り,3点 時 間 移 動 平 均,3点 距 離 移 動 平 均 を 行 っ て い る.図5.15 よ り,距 離600mか ら2km程 度 ま で 誤 差10%以 内 で 観 測 が で き て い る こ と が 分 か る.
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観 測 時 間 に対 す る水 蒸 気 濃 度 を,距 離 分 解 能:150m,時 間分 解 能:30分 と して カ ラー で 図 5.16に 示 す.図5.16よ り,24時 前 ま では 比 較 的水 蒸 気 濃 度 が 高 く,そ の後 急 激 に濃 度 が 下 が るが,朝 方 に な るに つ れ緩 や か に上 昇 して い る事 が確 認 で き る.冬 季 で散 乱 体 で あ るエ ア ロ ゾル 濃 度 が 低 い た め,シ ミ ュ レー シ ョン と比 較 し観 測 可 能 な 距 離 が短 くな っ て い る.
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図5.16観 測 時 間 に 対 す る 水 平1方 向 の 水 蒸 気 濃 度 時 間 プ ロ フ ァ イ ル (積 算 時 間:30分,距 離 分 解 能:150m)
首 都 大 学 東 京 日野 キ ャ ンパ ス屋 上 ドー ム 付 近 に 設 置 され た 気 象 観 測 装 置 に よ り観 測 され る気 圧,気 温,湿 度 か ら求 め られ た 水蒸 気 濃度 の時 間 変 化 と,DIALシ ステ ム に よ る水 蒸 気 濃 度 を求 め,統 計 誤 差 を エ ラ・一一一一バ ー と して表 し比 較 した.距 離 分 解 能 は150mで あ る,
750m地 点 にお け る比 較 を図5.17に,1050m地 点 に お け る比 較 を図5.18に 示 す.750m地 点 にお い て,気 象 観 測 装 置 のデ ー タ と同様 な 水 蒸 気濃 度 の 変化 を確 認 す る こ とが で き る,浅 川 上 空 に相 当す る1050m地 点 に お い て,750m地 点 と異 な った 水 蒸 気 濃 度 の 変 化 が確 認 で き る.浅 川 方 面 か ら見 て 日野 キ ャ ンパ ス は 高 台 に位 置 し,レ ー ザ 照 射 高度 と高 低 差 が40m 程 度 あ る影 響 が 考 え られ る.
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図5.17水 平1方 向 に お け る 水 蒸 気 濃 度 の 時 間 プ ロ フ ァ イ ル (青=気 象 観 測 装 置 赤1750m地 点 に お け るDIALデ ー タ) T1〔1ユ乱
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図5.18水 平1方 向 に お け る 水 蒸 気 濃 度 の 時 間 プ ロ フ ァ イ ル (青:気 象 観 測 装 置 緑=1050m地 点 に お け るDIALデ ー タ)
距 離 分 解 能:900m(距 離600m〜1500mと1500m〜2400mの 値 を 使 用),時 間 分 解 能:10 分 と して 距 離1500m地 点 の 水 蒸 気 濃 度 を 算 出 した.気 象 観 測 装 置 との 比 較 を 図5.19に 示 す.距 離 分 解 能 を 大 き く す る と広 い 範 囲 の 平 均 を 測 定 す る こ と に な る た め,気 象 観 測 装 置 の 値 と は 異 な っ て い る.
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図5.19水 平1方 向 に お け る 水 蒸 気 濃 度 の 時 間 プ ロ フ ァ イ ル (青:気 象 観 測 装 置 赤:1500m地 点 のDIALデ ー タ)
第六章 ま とめ
本論 文 で は,局 地 的 大 雨 予 測 に必 要 な水 蒸 気濃 度 の観 測 に寄 与 す る こ とを 目的 と して,昼 間 観 測 が 可 能 で あ る 差分 吸収 ライ ダー を用 い,通 常鉛 直方 向 の観 測 に 用 い られ る水 蒸 気DIAL
を水 平 方 向 に ス キ ャ ン観 測 す る こ とに よ り,雲 の 下 の水 蒸 気 密 度 の水 平 分 布 を求 め,水 蒸 気 の 収 束 地 点 を リアル タイ ム で 検 出 し,局 地 的 大 雨発 生 場 所 を予 測 す る シ ステ ム を検 討 した.
実 際 の豪 雨発 生 時 の 水蒸 気 の動 態 を解析 し,観 測 分解 能 を設 定 した.そ の 結 果,時 間 分解 能:10分,距 離 分 解 能:1km,角 度 分 解能:約8度 が最 低 限必 要 で あ る と した.
ま た,レ ー ザ の 安 全 基 準 と して 最 大 許 容 露 光 量 を考 慮 し,レ ー ザ 波 長 の検 討 を行 っ た.
DIALに 用 い る水 蒸 気 の吸 収 線 は830,950,1300,1500nm付 近 に存 在 す る が 、 可視 域 に 近 い 波 長 で あ る830nm帯 の 波長 の 光 は 眼 球 を透 過 し網 膜 まで レー ザ 光 が 到 達 す る た め,出 力 を 制 限 す る 必 要 が あ るの に対 し,1500nm帯 の波 長 は 出 力 を 大 き くす る こ とが 可 能 で あ り,ス キ ャ ン観 測 の 範 囲 を大 き くす る こ とが で き る こ とを示 した.
さ らに設 定 した パ ラ メー タ を用 い,小 型DIALシ ステ ム を想 定 した観 測 シ ミュ レー シ ョ ン を行 っ た.適 切 な 吸 収 断 面 積 を選 択 す る こ とに よ り,気 温35度,湿 度100%の 場 合 にお い て も,距 離8km程 度 ま で統 計 誤 差10%程 度 で 水 平観 測 が 可能 で あ る と した.豪 雨 発 生 直 前 の水 蒸 気 濃 度 の 変 化 をモ デ ル と して,1方 向 の観 測 シ ミュ レー シ ョン を行 っ た結 果,水 蒸 気 濃 度 の 上 昇 が30分 前 に観 測 可能 で あ る こ とを確認 で き た.
最 後 に,狭 帯 域 で波 長 制 御 の 容 易 な 分布 ブ ラ ッグ反 射 型 ダ イ オ ー ドレー ザ を光 源 と し,テ ー パ 型 半 導 体 光 増 幅 器 に よ っ て 出力 を増 幅 しパ ル ス 化 した波 長830nmのDIALシ ステ ム を 用 い,観 測 実 験 を行 っ た.鉛 直 方 向 にお け る観 測 実験 の結 果,ラ ジ オ ゾ ンデ に よ って 得 られ る水 蒸 気 濃 度 の 高 度 プ ロ フ ァイ ル と概 ね 一 致 す る こ とが確 認 で きた.さ ら に水 平観 測 用 の 鏡 を 用 い て1方 向 の水 平 観 測 実験 を行 っ た結 果,水 蒸 気 の 空 間 的 ・時 間 的 な 変 化 を確 認 す る こ とが で きた.
今 後 の 課題 と して は,
(1)波 長1500nm帯 を 用 い たD]ALシ ス テ ム の開 発 (2)自 動 ス キ ャ ン機 構 の 開 発
が 挙 げ られ る.
謝辞
本 論 文 の 作 成 に あ た り,指 導 教 員 の 阿 保 先 生 をは じめ,非 常 に多 くの 方 に お 世 話 に な りま した.こ の 場 を借 りて お 礼 申 し上 げ ま す.あ りが と うご ざ い ま した.
同研 究 室 の 先 輩,同 期,後 輩 の 方 々 に は研 究 活 動 の み な らず,様 々 な場 面 で 力 を貸 して頂 き,大 学 院 生活 を非 常 に充 実 させ る こ とが で きま した.卒 業 後 も公 私 共 にお 付 き合 い よ ろ し くお 願 い 致 します.
更 に 博 士 後 期 課 程 のPhamLeHoaiPhong氏,気 象 研 究 所 の 酒 井 哲 氏 に は,研 究 内 容 に お い て 非 常 に 有 意 義 な ア ドバ イ ス を 頂 く こ と が で き ま した.お 二 人 の 協 力 無 く て は 観 測 の 実 験 は 不 可 能 だ っ た と考 え て い ま す.感 謝 の 意 を 表 し ま す.
そ して 長 澤 親 生 名 誉 教 授,田 川 憲 男 教授,柴 田泰 邦准 教授 には,公 開 期 末 評 価 並 び に 中間 発 表 の 場 で 的 確 な指 南 に よっ て,研 究 の方 向性 を導 い て頂 き ま した.御 礼 申 し上 げ ます.
最 後 に,最 もお 世 話 に な った 阿 保 真 教授 に 対 して は,多 大 な る ご支 援,ご 協 力 を心 よ り感 謝 申 し上 げ ま す 。 どん な 小 さ な質 問 に も親 身 に 対応 して くだ さっ た 阿 保 先 生 に は 心 か ら感 謝 して お りま す.こ の研 究 を修 士 論 文 と して 形 に で きた の は阿 保 教 授 の熱 心 か っ 親 切 な ご 指 導 の お か げ で す.私 も先 生 の よ うに 優 しく,仕 事 熱 心 な 人 に な って い き た い と思 い ま す.
あ りが と うご ざい ま した,
10分 毎 の大 気 汚 染 常 時 監 視 測 定 デ ー タは 、東 京 都 の環 境 科 学 研 究 所 よ り提 供 して い た だ き ま した.ま た 本 研 究 の一 部 はJSPS科 研 費26282115の 助 成 を受 け て い ます.
参考文献
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[13】 大 気 汚 染 常 時 観 測 測 定 局(一 般 局)
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[14]国 土 交 通 省 国 土 地 理 院
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[15】 財 団 法 人 光 産 業 技 術 振 興 協 会 『レー ザ 安 全 ガ イ ドブ ッ ク 第4版 』,(株)新 技 術 コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン ズ,2006.
[16]KevinS.Repaslyetal,"ProgresstowardsanAutonomousFieldDeployableDiode・
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[17]SyedIsmailandEdwardV.Browell,"Airborneandspacebornelidarmeasurements ofwatervaporprofiles:asensitivityanalysis",AppliedOptics,Vol.28,No.17,pp.
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[18]MohammadrezaGharaviandStevenG.Buckley,"SingleDiodeLaserSensorfbr Wide・RangeH20TemperatureMeasurements",AppliedSpectroscopy,Vol.58,No.4, pp.468・473,2004.
付録
東 京都23区 内 の測 定局28箇 所 に お い て,10分 間 隔 で 得 られ た 温 度,湿 度 のデ ー タ を用 い,1kmメ ッシ ュ線 形補 間 に よ って,豪 雨発 生 直前 の水 蒸 気 濃 度 を2次 元 分 布 と して表 し た.13時 か ら豪 雨 発 生 の14時50分 まで の 水蒸 気 濃 度 分 布 図 を図 付1に 示 す.
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