博 士 （ 理 学 ） 陳 敬 陽
学位論文題名
Objective Classification of Precipitation Types during the Baiu SeasonUsing
Three‑Dimensional Radar Reflectivity Data
（三次元レーダー反射強度データを用いた梅雨期間の降雨夕イプの客観的分類）
学 位 論 文 内 容 の 要 旨
近年，地球温暖化や気候変動が大きな問題となっており，雲・降水システムの振る舞 いが大気の加熱に及ぼす影響や降水量の変動に及ぽす影響に関する研究が求められている，
特に，雲・降水システムのなかで最も複雑な構造と発達過程をもつ，梅雨前線帯の降雨シ ステムの構造を解明することは重要な課題である．降雨システムの構造を解明するために は客観的に降雨夕イプを分類し，連続観測デ一夕を用いた統計的な解析を可能にする必要 がある，
本研究では，梅雨前線帯の複雑な降雨システムの構造を解明するために，三次元レー ダー反射強度データを用いて降雨夕イプを客観的に分類する方法を開発した．レーダー反 射強度の鉛直プ口フんイルから，融解層（0℃層）付近に見られる反射強度の強い部分
（ブライトバンド）の全反射強度頻度分布に占める割合を示すパラヌーター，BBF，の計 算方法を改良し，BBFがO．6以上を層状性，0．6から0．4を混合型，0．4以下を対流性の 降雨というように，3つの降雨夕イプに分類することの妥当性を示した，BBFの他に4つ のバラメ一夕ー，1）レーダーピーム方向の反射強度の勾配(GZr)，2）反射強度の時間変 化量(Va)，3）降水雲の規格化した高さ(Ee)，4）下層における3段階の反射強度それぞ れの存 在頻度(Gradel，2，3），を導入し，1995年の梅雨期間における関東地方の自 動雨量観測点上のレーダー反射強度についてファジークラスター解析を行って，3つの降 雨夕イプがさらにいくっかのパターに分けられることを示した．層状陸の降雨夕イプの特 性は一様でパターンに分かれないが，対流性の降雨夕イプは強い対流と弱い対流の2つの パターンに分かれ，混合型の降雨夕イプには4つのパターンがあることを明らかにした．
この解析により，梅雨期の降雨における混合型の降雨夕イプの出現頻度が多く，もたらす 降雨量も多いことから，梅雨においては混合型も層状性と対流性の降雨に加えて分類され るべきーつのタイプであることを示した．
BBFによって客観的に分類された降雨夕イプごとに，レーダー観測範囲内の地上雨量観 測点における10分間雨量とレーダー反射強度の関係（Z−R関係）を統計的に計算し，降 雨夕イプによってZーR関係が系統的に異なることを示した．このことにより，BBFを用い て分類した3つの降雨夕イプが意味のあるものであることを示すと共に，レーダ一反射強 度のみを用いた地上降雨強度推定法の実用化の可能性を示した，すなわち，3次元レーダ
ー 反射 強度 デー タを 用い た雨 水の 地表 面へ のフラックス推定に道を開い たものである，
BBFを用 いて 分 類さ れた 降雨 夕イ プの 運動 学的 特性 を調 べる ため に，1997年の梅雨期 に 九州 で行 われ たドップラーレーダー観測デ ータを用いて，海上における降水雲内の3次 元 気流 系の 計算 を行い，BBFを用いて分類した降雨夕イプごとに鉛直流の 強さの頻度分布 の鉛直プ口ファイルを 求めた．対流性の降雨夕イプでは上昇流が強く，混合型 ，層状性の 降雨夕イプの順に鉛直 流が弱くなるという，種々の降雨システムの観測結果か ら言われき たことを確認すると共 に，層状性の降雨夕イプでは地表付近に弱い上昇流が存 在すること を見出した．このこと は，スコールラインにおける層状域の下層に下降流が卓 越するとい うー一般的な知見と異 なり，梅雨期の海上の下層大気は高い海面温度と湿った大気の移流に より弱い対流7うち起きやすい場にあることを示唆するものである，また，混合型の4つのバ ターンについての鉛直 流の特陸も含めた解析から，混合型にも浅い対流のバタ ーンがある こ とを 明ら かに した．さらに，降雨夕イプご との鉛直流の特性を調べることにより，3次 元レーダー反射強度デ ータから客観的に降雨夕イプを分類し，いくっかのバラ ヌ一夕ーを 用いることにより，雲 内の鉛直流の特性を関係づけ，降水雲内の非断熱加熱量 を推定でき る可能性を示した．
この よう に， 本研 究は ，3次 元レ ーダ ー反 射強 度デ ータ を用 いた 降雨 夕イプの客観的 解析方法を確立し，そ の方法を用いた解析から，梅雨には，従来行われていた 対流性降雨 や層状陸降雨という分 類に加えて混合型と呼ぶべき特徴的なタイプがあること や，海上で は融解層の下に弱い対 流活動があることなどを明らかにした，また，そ捫ぞれ の降雨夕イ プ ごと に上 昇流 ・下降流のプ口ファイル及び 降雨特陸を対応させることにより，3次元レ ーダー反射強度データ を用いた全球の非断熱加熱量及び雨水の地表面へのフラ ックスの推 定に道を開いた．
学位論文審査の要旨
主 査 教 授 播 磨 屋 敏 生 副 査 教 授 浦 上 晃 一 副 査 助 教 授 上 田 博
副 査 教 授 藤 吉 康 志 （ 大 学 院 地 球 環 境 科 学 研究 科 （ 低 温 科 学 研 究 所 ） ）
学位論文題名
Objective ClassificatlonofPreCipitation TypeSduringtheBaiuSeaSOnUSing Three ‐ DimenSlonalRadarReneCtiVityData
（三次元レーダー反射強度データを用いた梅雨期間の降雨夕イプの客観的分類）
近 年，地球 温暖化や 気候変動 が大きな 問題とな っており，雲・降水システム の振る舞いが大気の加熱に及ぼす影響や降水量の変動に及ぼす影響に関する研究 が求められている．特に，雲・降水システムのなかで最も複雑な構造と発達過程 をもつ，梅雨前線帯の降雨システムの構造を解明することは重要な課題である，
降雨システムの構造を解明するためには客観的に降雨タイプを分類し，連続観測 データを用いた統計的な解析を可能にする必要がある．
著 者は，梅 雨前線帯 の複雑な 降雨シス テムの構 造を解明するために，三次元 レーダー反射強度データを用いて降雨タイプを客観的に分類する方法を開発した，
レ ー ダー反射 強度の鉛 直プロフ ァイルか ら，融解層 （0℃層） 付近に見 られる 反射強度の強い部分（ブライトバンド）の全反射強度頻度分布に占める割合を示 す パ ラ メ ー タ ー ，BBF， の 計算 方 法 を改 良 し ，BBFが0.6以 上 を 層状 性 ，0.6 か ら0.4を混合型 ，0.4以下を 対流性の 降雨とい うように，3つの降雨 タイブに 分 類 すること の妥当性 を示した ．BBFの他に4つのパラメ ーター，1）レーダ ー ビ ー ム 方向 の 反 射強 度 の勾 配(GZr)，2） 反射 強 度 の時 間 変化 量(Va)，3）降 水 雲 の 規格 化 し た高 さ(Ee)，4）下層 における3段階の反射 強度のそ れぞれの 存 在 頻度(Grade1，2，3），を導 入し，1995年 の梅雨期 間における 関東地方 の 自動雨量観測点上のレーダー反射強度についてファジークラスター解析を行って，
3っ の降雨タ イプがさ らにいくっかのパターに分けられることを示した，層状性 の降雨タイプの特性は一様でパターンに分かれないが，対流性の降雨タイプは強 い対流と弱い対流の2つのパターンに分かれ，混合型の降雨タイプには4っのパ゛
ターンがあることを明らかにした．この解析により，梅雨期の降雨において混合 型の降雨タイプの出現頻度が多く，もたらす降雨量も多いことから，梅雨におい
ては混合型も層状性と対流性の降雨に加えて分類されるべきーっのタイプである ことを示した．
BBFに よって客 観的に分 類された 降雨タイ プごとに， レーダー 観測範囲内の 地 上 雨 量観 測 点に お け る10分間 雨量とレ ーダー反 射強度の関 係(Z‑R関係） を 統 計的に計 算し，降雨タイブによってZ‑R関係が系統的に異なることを示した．
こ の こ とに よ り，BBFを 用いて分 類した3っ の降雨タ イプが意味 のあるも ので あることを示すと共に，レーダー反射強度のみを用いた地上降雨強度推定法の実 用 化の可能 性を示した．すなわち，3次元レーダー反射強度データを用いた雨水 の地表面へのフラックス推定に道を開いたものである．
BBFを用 い て 分類 さ れた 降 雨 タイ プ の運 動 学 的特 性 を調べる ために，1997 年の梅雨期に九州で行われたドップラーレーダー観測データを用いて，海上にお け る 降 水雲 内 の3次元 気 流系の 計算を行 い，BBFを用 いて分類し た降雨タ イプ ごとに鉛直流速度の頻度分布の鉛直プロファイルを求めた．対流性の降雨タイプ では上昇流が強く，混合型，層状性の降雨タイプの順に鉛直流が弱くなるという，
種々の降雨システムの観測結果から言われてきたことを確認すると共に，層状性 の降雨タイプでは地表付近に弱い上昇流が存在することを見出した．このことは，
スコールラインにおける層状域の下層に下降流が卓越するとぃう一般的な知見と 異なり，梅雨期の海上の下層大気は高い海面温度と湿った大気の移流により弱い 対 流が起き やすい場にあることを示唆するものである．また，混合型の4つのパ ターンにっいての鉛直流の特性も含めた解析から，混合型にも浅い対流のパター ンがあることを明らかにした．さらに，降雨タイプごとの鉛直流の特性を調べる こ とにより ，3次元レーダー反射強度データから客観的に降雨タイプを分類し，
いくっかのパラメーターを用いることにより，雲内の鉛直流の特性を関係づけ，
降水雲内の非断熟加熱量を推定できる可能性を示した．
こ のように ，著者は ，3次元レ ーダー反 射強度デー タを用い た降雨タ イプの 客観的解析方法を確立し，その方法を用いた解析から，梅雨には，従来行われて いた対流性降雨や層状性降雨という分類に加えて混合型と呼ぶべき特徴的なタイ プがあることや，海上では融解層の下に弱い対流活動があることなどを明らかに した．この成果は，今後の降雨を伴う気象現象の理解に極めて重要な解析手段を 提供したもので，地球惑星科学分野に大きな貢献をしたものと高く評価できる，
よって，著者は北海道大学博士（理学）の学位を授与される資格あるものと認 める．
