【第62回】2024年８月試験（学科専門試験）問３（気象レーダー観測）

本問は、気象レーダーのデータ処理に関する問題です。

本問の解説：(a) について

（問題）気象レーダーは、発射した電波と戻ってきた電波の周波数がずれること (ドップラ一効果) を利用して降水強度を観測している。

→ 答えは 誤 です。

まずは、気象レーダーの基礎知識をおさえておきましょう。

一般に、気象レーダー とは、アンテナを回転させながら電波（マイクロ波）を発射し、半径数百kmの広範囲内に存在する雨や雪を観測する気象測器です。

発射した電波が戻ってくるまでの時間から、雨や雪までの距離を測り、戻ってきた電波（レーダーエコー）の強さから、雨や雪の強さを推定します。

この気象レーダーが進化して、戻ってきた電波の周波数のずれ（＝ドップラー効果）による、雨や雪の動き（＝降水域の風）も観測できるようになったものがドップラーレーダーです。

気象庁では1954年に気象レーダーの運用を開始し、2013年に国内全ての気象レーダーがドップラーレーダーに更新されました。

（参考：気象庁報道発表資料「全国 20 か所の気象レーダーが全てドップラーレーダーになりました」）

また、2020年３月からは二重偏波ドップラーレーダーへの更新が進められています。

2024年３月時点では、全20か所のうち14か所が二重偏波ドップラーレーダーに更新されています。

二重偏波ドップラーレーダー とは、水平方向と垂直方向に振動する電波（＝水平偏波と垂直偏波）を用いる気象レーダーのことで、これまでのドップラーレーダーに比べて、降水粒子の種類（雨、雪、氷の粒など）が正確に判別できるようになったり、降水強度の観測精度が向上したりしています。

（参考資料：気象庁「二重偏波レーダーとは」）

したがって、気象レーダーは、発射した電波と戻ってきた電波の周波数がずれること (ドップラ一効果) を利用して「降水強度」ではなく「雨や雪の動き（＝降水域の風）」を観測していますので、答えは 誤 となります。

本問の解説：(b) について

（問題）電波が発射されてから反射されて戻ってくるまでの経路上に強い降水がある場合、それより遠方の降水からのエコーは実際よりも強く観測される傾向がある。

→ 答えは 誤 です。

気象レーダー観測では、雨や雪の粒に反射された電波（エコー）の強さから降水の強度を観測しています。

しかし、アンテナから電波が反射されて戻って来るまでの経路上に強い降水がある場合には、電波は降水粒子によって減衰されて戻って来ることになり、実際の降水強度よりもエコーが弱く観測されてしまいます。

また、レーダーサイト付近で激しい降水がある場合には、アンテナを覆っているレーダードームの表面に薄い水の膜ができて、同様に電波が減衰してしまうことがあります。

（さらに、冬季にレーダードームの表面に着氷がある場合には、電波はさらに強い減衰を受けて降水強度は、実際よりも弱く観測されてしまいます。）

したがって、電波が発射されてから反射されて戻ってくるまでの経路上に強い降水がある場合、それより遠方の降水からのエコーは実際よりも「強く」ではなく「弱く」観測される傾向がありますので、答えは 誤 となります。

本問の解説：(c) について

（問題）気象レーダーで観測される異常伝搬に伴うエコーは、観測データの品質管理によって完全に取り除くことができる。

→ 答えは 誤 です。

気象レーダーが発射する電波は、通常なら直進して山岳や建造物などの上空を通過しますが、大気の屈折率の分布状態によって電波が曲げられ、通常の伝搬経路から大きく外れることがあります。

この現象を 異常伝搬 といいます。

異常伝搬は、上空に逆転層があるとき（＝気温が高度とともに急増するとき）など屈折率が高さ方向に大きく変化する場合に発生します。

異常伝搬により曲げられた電波が山岳や建造物などに反射すると、実際には降水がない場所に強いエコーが現れることがあります。

この現象は電波を用いた観測の特性上、避けられないもので、観測したエコーが異常伝搬に伴うエコーかどうかを機械的に判断するのは難しく、データの品質管理において完全に取り除くことはできません。

したがって、気象レーダーで観測される異常伝搬に伴うエコーは、観測データの品質管理によって「完全に取り除くことはできません」ので、答えは 誤 となります。

本問の解説：(d) について

（問題）二重偏波化したレーダーでは、水平偏波と垂直偏波の反射波の振幅の比から、雨の強さを推定している。

→ 答えは 誤 です。

問題文の「二重偏波化したレーダー」とは、二重偏波ドップラーレーダー のことで、水平方向と垂直方向に振動する電波（＝水平偏波と垂直偏波）を用いて観測を行います。（詳細は問題(a)の解説を参照）

このレーダーが利用するデータの中に「 水平偏波と垂直偏波の反射波の 振幅の比 」というパラメータがありますが、これは降水粒子（雨粒や霧雨、雹など）の形状を推定するためのものです。

例えば、霧雨や雹は球形に近い粒子であるのに対し、雨粒は大きくなるにつれて扁平になるという性質があります。

この形状の違いは、水平偏波と垂直偏波の「反射波の振幅の比」に現れます。

この比を解析することで、降水粒子の縦横の比を把握し、その形状を推定することができます。

一方、雨の強さ（降水強度）を推定する際に用いるパラメータは「 水平偏波と垂直偏波の反射波の 位相の差 」です。

電波は雨粒などの水中を通過するとき、何もない大気中を進む場合よりも速度が遅くなります。

特に、強い雨ほど（雨粒が扁平なため）、水平偏波の速度が垂直偏波に比べて遅くなる傾向があります。

このような速度差によって生じる位相のずれを利用することで、降水強度を推定することができます。

したがって、二重偏波化したレーダーでは、水平偏波と垂直偏波の反射波の振幅の比から、「雨の強さ」ではなく「降水粒子（雨粒や霧雨、雹など）の形状」を推定していますので、答えは 誤 となります。

以上より、本問の解答は、すべて誤り とする ５ となります。