レーダー

レーダー(radar)は、電磁波を、 発信時刻を知ることができる波形(ふつうパルス状)で、 角度をしぼったビームとして発信し、 反射された電磁波を受信して、かかった時間から反射物までの距離を求めるとともに、 受信された電磁波の特徴から対象物に関する情報も得るセンサーである。

さらに、 電波の振動数のずれを観測すれば、それはドップラー効果によるものと考えられるので、 対象の視線方向の速度(近づいているか遠ざかっているか)がわかる。 この機能をもったレーダーをドップラーレーダーという。 複数のドップラーレーダーで同一対象を観測すれば3次元速度ベクトルが得られる。

地球環境(特に大気・水圏)の観測に使われるレーダーを大きく分類してみると 次のようなものがある。

降水レーダー。

大気中の雨粒あるいは雪結晶からの反射を受け、 反射強度から距離の効果を補正して得られた「反射因子」をもとに、 降水粒子の粒径分布を仮定した半理論半経験式で降水量を求める。 主として地上や船上から横をみる形で使われているが、 TRMM[別ページ参照]で初めて人工衛星にのせて観測が行なわれている。

ドップラーレーダー。

広い意味は上に述べたとおりだが、 気象関係でドップラーレーダーというとふつうは 降水レーダーでドップラー効果も使うものをいい、 降水粒子の移動速度がわかる。その水平成分は風速とみなせる。

雲レーダー。

降水粒子だけでなく雲粒にも感じる波長を使う。 (雨粒も雲粒も水滴に違いはないが、 雨粒は大きさ約0.1 mm以上のものをいう。 このくらいの大きさだと上昇流のある雲の中でも落下するのがふつうだからである。) 人工衛星からの観測としては、2006年4月に打ち上げられた CloudSat (http://cloudsat.atmos.colostate.edu/参照)がある。

ウィンドプロファイラー(wind profiler)など

大気の乱流(小さいスケールで変化する流れ)に伴う小さいスケールの 密度の不均一による散乱をとらえる。 散乱強度は乱流の強さに関連する。 一種のドップラーレーダーで、 振動数のずれも観測することにより、 やや大きいスケールの視線方向の風速がわかる。 ビームの向きを変えて観測することにより風速ベクトルが得られる。 今のところ地上に置かれたものだけだが、静止衛星にのせることが計画されている。 主として対流圏の風をはかるものはウィンドプロファイラー(wind profiler)と 呼ばれ、気象庁の現業でも使われるようになった。 対流圏の中でも地表面に近い部分を観測するものは境界層レーダーと呼ばれる。 京都大学のMUレーダー (固有名だがMUは中層・高層大気からきている)や インドネシアにつくられた赤道大気レーダーの風の観測の原理もこのようなものである。

散乱計(scatterometer)。

いろいろな入射角・反射角の組み合わせの反射強度をはかる。 衛星にのせた散乱計から海面を観測することにより波浪の形(方向を含む)が 統計的にわかる。これから海面の風が推定される。

距離計、高度計(altimeter)。

走査(scan)をせずに対象物までの距離をはかる。 衛星にのせた高度計は、海面変動や氷床の高さの変動の観測に使われる。 空間分布は軌道直下に限定されるが、有効数字の多い観測をすることができる。

合成開口レーダー(SAR)。

航空機や衛星にのせて、その移動を利用して、 大きなアンテナで受信したのと同じ効果をあげ、空間分解能の高い情報を得る。 対象はセンサーの移動に比べて止まっているとみなせる地形・氷・植生など。 得られたデータは一見意味不明で、計算処理によって画像化される。 画像は写真に似ているが、センサーに近いものの近さが強調されている。

ライダー(lidar)。

光によるレーダー。エアロゾルの観測などに使われる。 ドップラー効果で対象物の速度も求めるものをドップラーライダーという。