一般に信じられていることとは対照的に、乾燥した気候での鉄砲水は、これらの地域に典型的な対流嵐が反応の速い乾燥した土壌に当たると、非常に頻繁に発生します。対流性嵐は、浮力の不安定性によって引き起こされる湿った気団の強い垂直運動によって引き起こされ、水分を凝縮して降雨にするのに非常に効果的です。これらのシステムは、通常、狭い範囲で強い雨を発生させます。これらの条件では、降雨量と流域との間の空間的および時間的相互作用によって洪水応答が引き起こされるため、降雨量の時空間変動性が洪水規模を支配する重要な要因となります。
したがって、時間と空間における降雨量を適切に測定することは、監視、モデル化、および洪水警報の発令にとって非常に重要です。空間的および時間的な変動が大きいため、現在利用可能なセンサーの数にもかかわらず、対流嵐を空間的および時間的に監視することは依然として困難です。雨量計は、高い時間分解能でポイント スケールで降水量を測定するか、時間的に統合します。逆に、リモート センサーは空間で測定値を集約し、さまざまな方法で時間次元をサンプリングします。この研究で私たちが答えたかった質問は、次のとおりです。乾燥地域の対流降雨量を適切に測定するには、どのセンサーが必要ですか? 十分とは 意味？
私たちは、東地中海、特に死海に西向きに流れ込む乾燥した盆地に焦点を当てました。年間降水量は比較的少ない (年間 100 ～ 500 mm まで) にもかかわらず、これらの盆地はしばしば鉄砲水にさらされ、死傷者や損害が発生します。この地域で降雨を引き起こす鉄砲水の特徴に関心のある読者は、Belachsen et al. で詳細な情報を見つけることができます。 （2017）。私たちは、鉄砲水の監視と警告のために死海排水局によって最近設置された X バンド気象レーダーの非常に高い解像度 (60 m、1 分) を利用しました。比較的低コストのこの機器は、EnviSens Technologies によって開発され、エルサレムのヘブライ大学の水文気象研究所によって維持されました。これは、このような分解能で乾燥気候の降雨量を測定する最初の機器の 1 つであり、対流の小規模な変動性を前例のない詳細で解決することを可能にします。
定量的なレーダー推定値にはいくつかの誤差要因があるため、生のレーダー データは、物理ベースのアルゴリズムに従って修正され、大規模な降雨量がその地域をカバーする粗い解像度の C バンド気象レーダーの測定値に合わせて調整されました。これらの方法の詳細な説明については、元の記事 (Marra and Morin、2018) を参照してください。レーダー データの品質に応じて、対流性の高い 11 の嵐のセットがアーカイブから選択されました。選択された暴風雨は、6 時間から 5 日間の範囲の持続時間、17.2 mm から 99.1 mm の範囲の降水量の合計深度、および 10% から 90% の範囲のウェット エリア率 (嵐の間の任意の瞬間に降雨を経験した地域の割合) によって特徴付けられました。 .
地面に当たる降雨量は、空間 (2 次元) と時間 (1 次元) で変化するため、3 次元のスカラー フィールドと見なすことができます。スカラー フィールドの変動性を定量化するために一般的に使用されるメトリックは、フィールドの 2 つの要素の類似性をそれらを分離する距離の関数として測定する自己相関です。従来、自己相関が係数 1/e だけ減少する距離は非相関距離と呼ばれ、情報が失われる距離を測定するために使用されます。この研究では、高解像度レーダー降雨フィールドの空間的および時間的自己相関が個別に定量化されました。
対流降雨場は、少なくとも 1 つの対流雨セルが観測されたレーダー降雨場として識別されました。対流雨セルは、画像処理を使用して、降雨強度が 10 mm h を超え、25 mm h を超えるピーク強度を特徴とする 3 km を超える接続領域として定義されました。合計で、5469 の対流降雨フィールドが調査されたイベント中に観測されました。対流場の 2 次元空間自己相関は、Wiener-Khintchine の定理を使用して計算されました。次に、各対流場の 1 次元の空間的自己相関が、2 次元の自己相関に 3 パラメーターの指数関数を当てはめて導出されました。時間的自己相関は、降雨時系列を分離する 60 m レーダー ピクセルごとに個別に計算され、非相関距離は、上記の 3 パラメーター指数関数に適合するように計算されました。
対流降雨量の大きな時空間変動が観測された。対流降雨場の空間無相関距離は、通常 1.5 ～ 3 km で、ほとんどが 5 km 未満でした。対流嵐の一時的な無相関時間は 2 ～ 7 分で、10 分を超えることはめったにありませんでした。空間的および時間的な無相関距離は、乾燥地域での運用監視に現在使用されているセンサーに強く挑戦します。効率的に展開された雨量計ネットワークの場合、これらの空間スケールをサンプリングするために ~3 km ごとにステーションが必要になりますが、運用ネットワークは一般に、少なくとも 30 倍密度が低くなります。これは、乾燥した気候と対流条件で典型的に報告される運用の代表性が乏しいことを説明しています.
実際に利用できる密度の高いネットワークはほとんどありませんが、提供できるエリアは限られており、十分なメンテナンス作業が必要です。リモート センサーに関しては、観測された空間スケールは、C バンドおよび S バンドの気象レーダーの解像度 (通常 1 ～ 2 km) に匹敵しますが、衛星ベースの製品の解像度 (4 ～ 8 km に達する) よりもはるかに小さいです。ただし、通常は 10 ～ 25 km です)。商用のマイクロ波リンクは、長さ (<1 km) に応じて非常に可変の空間分解能を提供しますが、乾燥地域などの人口の少ない地域では、少数のタワーしか配置されていないため、通常、長さが長くなります。たとえば、この調査の対象地域では、マイクロ波リンク パスの長さは少なくとも ~10 km です。
気象レーダーの典型的な時間サンプリング分解能 (通常は 5 ～ 10 分) では、調査対象の対流性暴風雨に関する完全な情報をほとんど提供できませんが、衛星ベースの推定は、せいぜい 30 分の分解能データに基づくものであり、重大な欠陥のある情報を提供すると予想されます。 .マイクロ波リンク データについても同じことが当てはまります。非常に高い解像度 (1 分未満でも) で利用できる可能性があるにもかかわらず、通常、セルラー会社によってより粗い時間解像度 (約 15 分) で提供されます。雨量計は、大まかな時間分解能でデータを提供する場合でも、(リモート センサーの時間スナップショットを提供するのではなく) 時間内に情報を集約するため、嵐によってその場所にもたらされる完全な降雨深度を提供します。
さまざまなセンサーからの情報を組み合わせて、各センサーの長所を活用したマルチセンサーの降水量推定を行うことは、降雨量の推定値を改善する実行可能な方法ですが、データの利用可能性が限られており、対流が降雨気候学を支配する乾燥地域にとっては未解決の課題です.
これらの調査結果は、雑誌 Atmospheric Research に最近掲載された、高解像度 X バンド レーダー推定に由来する半乾燥気候における対流降雨の自己相関構造というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、エルサレムのヘブライ大学の Francesco Marra と Efrat Morin によって行われました。
