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気象と大気のレーダーリモートセンシング
菊上製, 491 pages
ISBN: 9784876986538
pub. date: 03/05
- Price : JPY 6,100 (with tax: JPY 6,710)
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20世紀の気象大気科学の進歩は，なによりレーダーリモートセンシングによるところが大きい．しかし広く電波・電子工学から大気科学にわたる典型的な学際研究であるこの分野では，関連技術と観測方法／結果が一つの書物として論じられることはなかった．自他共に第一人者と認める著者二人が，基礎からハードウエア・最新の観測結果までを包括的に論じた，気象学必携の一冊．
第15回 2006年度 大川出版賞
深尾昌一郎（ふかお しょういちろう）
1967年 京都大学工学部電子工学科卒業
1969年 同大学院工学研究科電子工学専攻修士課程修了
同工学部電気工学第２学科助手
1988年 同超高層電波研究センター（現生存圏研究所）教授となり現在に至る
京都大学工学博士
専門 レーダー大気物理学
浜津享助（はまづ きょうすけ）
1973年 三重大学工学部電気工学科卒業
三菱電機株式会社入社。通信機器製作所勤務
2002年 京都大学大学院情報学研究科通信情報システム専攻後期課程修了
現在 三菱電機株式会社電子システム事業本部プロジェクトマネージャ
京都大学博士（情報学）
専門 レーダー工学
1967年 京都大学工学部電子工学科卒業
1969年 同大学院工学研究科電子工学専攻修士課程修了
同工学部電気工学第２学科助手
1988年 同超高層電波研究センター（現生存圏研究所）教授となり現在に至る
京都大学工学博士
専門 レーダー大気物理学
浜津享助（はまづ きょうすけ）
1973年 三重大学工学部電気工学科卒業
三菱電機株式会社入社。通信機器製作所勤務
2002年 京都大学大学院情報学研究科通信情報システム専攻後期課程修了
現在 三菱電機株式会社電子システム事業本部プロジェクトマネージャ
京都大学博士（情報学）
専門 レーダー工学
まえがき
目次
記号一覧
第1章 序論
1.1 レーダーの原理
1.2 気象と大気に関するレーダーの歴史
1.3 レーダーで使用される電波の周波数
第2章 電波の特性
2.1 電波の一般的性質
2.1.1 基礎方程式
2.1.2 偏波
2.1.3 屈折と反射
2.1.4 放射
2.2 電波伝搬
2.2.1 大気の鉛直構造
2.2.2 大気中の電波伝搬
2.2.3 球面大気中の電波伝搬
2.2.4 標準大気のプロファイル
第3章 レーダーリモートセンシングの原理
3.1 レーダーの基礎
3.1.1 パルスレーダーの基本観測パラメータ
3.1.2 リモートセンシングの対象標的
3.2 孤立型標的のレーダーリモートセンシング
3.2.1 孤立型標的のレーダー方程式
3.2.2 散乱の特性
3.3 離散分布型標的のレーダーリモートセンシング
3.3.1 球状の誘電体による散乱
3.3.2 離散分布型標的のレーダー方程式
3.3.3 レーダー反射因子
3.3.4 ミー公式
3.3.5 レイリー散乱
3.4 連続分布型標的のレーダーリモートセンシング
3.4.1 連続分布型標的の散乱特性
3.4.2 乱流からの散乱
3.4.3 成層大気からの分反射
3.4.4 線状標的からの散乱
第4 章 ドップラー速度測定の原理
4.1 ドップラー速度測定
4.1.1 ドップラーレーダーの原理
4.1.2 ドップラー速度測定範囲
4.1.3 ドップラー速度測定範囲の拡大
4.2 1 台のレーダーによるドップラー観測
4.2.1 VVP 法による線形風速場の観測
4.2.2 VAD 法による水平風の場の観測
4.2.3 バイスタティック・レーダーによる観測
4.3 2 台以上のレーダーによるドップラー観測
4.3.1 独立走査方式
4.3.2 COPLAN 方式
4.3.3 2 台のレーダーの配置
4.3.4 3 台以上のレーダーによる風観測
第5章 レーダー受信信号と信号処理
5.1 受信機感度
5.1.1 雑音電力
5.1.2 受信機雑音
5.2 受信方式
5.2.1 整合フィルター
5.2.2 位相検波
5.3 受信信号の特性
5.3.1 降水粒子および大気からの受信信号
5.3.2 確率密度分布
5.4 レーダー信号処理の基礎
5.4.1 フーリエ変換とその性質
5.4.2 線形システムにおける信号の扱い
5.4.3 パワースペクトルモーメントと基本レーダーパラメータ
5.5 レーダー送受信信号と離散信号処理
5.5.1 送信信号の波形と波形列
5.5.2 受信信号のサンプリング
5.5.3 離散信号の処理
5.5.4 平均ドップラー速度の推定
5.5.5 速度幅の推定
5.5.6 フィッティングによるスペクトルパラメーターの推定
5.5.7 予測理論に基づいた推定法
5.6 サンプル信号の相関と推定精度
5.6.1 相関関数と相関時間
5.6.2 コヒーレント積分
5.6.3 受信電力の推定精度
5.6.4 平均ドップラー速度の標準偏差
5.6.5 速度幅の標準偏差
5.6.6 大気レーダーに固有の風速測定誤差
第6 章 レーダーによる降水の観測
6.1 降水パラメータ
6.1.1 粒径に関するパラメータ
6.1.2 レーダー基本パラメータと粒径分布の関係
6.1.3 降水に関する物理量
6.1.4 レーダー反射因子と降水強度
6.2 粒径分布の推定
6.3 大気中での電波の減衰
6.3.1 減衰係数
6.3.2 大気による減衰
6.3.3 水滴による減衰
6.4 マルチパラメータレーダー
6.4.1 二重偏波の生成
6.4.2 偏波パラメータの特性
6.4.3 降水粒子の計上と偏波パラメータ
6.4.4 降水強度推定
6.4.5 雲水量の推定
6.4.6 二重偏波レーダーの離散的な受信信号の表現
6.5 ２波長による降水強度の推定
第7章 れーだーによる大気の観測
7.1 大気レーダーの検出能
7.1.1 雑音の中からの散乱信号の抽出
7.1.2 インコヒーレント積分による検出能の改善
7.1.3 受信電力とレーダー反射率
7.2 風ベクトルの観測
7.2.1 ドップラービーム走査法による風速推定
7.2.2 空間アンテナ法による風速推定
7.2.3 運動量フラックスの測定
7.3 乱流の観測
7.3.1 スペクトル幅の推定
7.3.2 乱流パラメータの推定
7.3.3 大気屈折率と乱流構造定数の関係
7.4 温度プロファイルの測定
7.4.1 RASS 法による大気温度の測定
7.4.2 屈折率の変化とRASS 法のレーダー方程式
7.4.3 ブラッグ条件と背景場
7.5 水蒸気プロファイルの推定
7.6 レーダー干渉計法
7.6.1 SDI 法
7.6.2 FDI 法
7.6.3 事後ビーム走査法
7.7 レーダー映像法
7.7.1 フーリエ法に基づく映像法
7.7.2 ケイポン法に基づく映像法
7.7.3 ミュージック法に基づく超高分解能法
第8章 レーダーシステム
8.1 レーダーの概要
8.1.1 レーダー方式
8.1.2 FM-CW レーダー
8.1.3 パルスレーダー
8.1.4 レーダーの受信電力
8.1.5 レーダーの観測空間
8.2 レーダーアンテナ
8.2.1 レーダーアンテナのパラメータ
8.2.2 パラボラアンテナ
8.2.3 レドーム
8.2.4 アレーアンテナ
8.2.5 アンテナ放射パターンの測定
8.3 送受信システム
8.3.1 送信機
8.3.2 気象レーダーの送信機構成
8.3.3 大気レーダーの送信機の構成
8.3.4 パルス圧縮
8.3.5 受信機
8.4 デジタル信号処理システム
8.4.1 信号処理のプロセス
8.4.2 不要信号の除去
8.4.3 A/D 変換
8.4.4 スペクトル解析
8.4.5 窓関数
8.4.6 DFT のパラメータ
第9章 気象レーダーの実際
9.1 各種周波数帯のレーダーの特徴
9.2 降水観測レーダー
9.2.1 我が国の5.3 GHz 帯気象レーダー
9.2.2 レーダー雨量計
9.2.3 先端的な5.3/5.6 GHz 帯レーダー
9.2.4 2.8 GHz 帯レーダー
9.2.5 NEXRAD: WSR-88D
9.2.6 9.5 GHz 帯レーダー
9.3 雲霧観測レーダー
9.3.1 35 GHz 帯レーダー
9.3.2 35/95-GHz マルチパラメータレーダー
9.4 衛星搭載レーダー
9.4.1 熱帯降雨観測衛星
9.4.2 全球の降水観測計画
第10章 大気レーダーの実際
10.1 大気レーダーの特徴
10.2 大型の大気レーダー
10.2.1 大型レーダー
10.2.2 CO-CO アレーアンテナを用いたレーダー
10.2.3 MUレーダー
10.2.4 赤道大気レーダー
10.3 ウィンドプロファイラー
10.3.1 米国のウィンドプロファイラーネットワーク
10.3.2 欧州のウィンドプロファイラーネットワーク
10.4 下部対流圏レーダー
10.4.1 境界層レーダー
10.4.2 下部対流圏レーダー
10.4.3 気象庁のウィンドプロファイラーネットワーク
第11章 気象レーダーによる観測
11.1 気象レーダーによる降雨観測
11.2 メソスケールの降雨
11.2.1 低気圧と前線の構造
11.2.2 降雨域の水平分布
11.2.3 降雨域の鉛直断面
11.3 積雲対流
11.3.1 大規模な雷雲
11.3.2 通常の雷雲
11.3.3 竜巻
11.3.4 二重偏波観測
11.4 台風
11.4.1 水平構造
11.4.2 鉛直構造
11.5 ダウンバーストと低層ウィンドシヤー
11.5.1 ダウンバースト
11.5.2 低層ウィンドシヤー
11.6 晴天大気乱流
11.6.1 大口径大出力レーダーによる観測
11.6.2 FM-CWレーダーによる観測
11.7 上層雲・下層雲
11.7.1 上層雲
11.7.2 雪雲
11.7.3 霧
11.8 リトリーバル法による解析
第12章 大気レーダーによる観測
12.1 風速測定
12.2 気象のリモートセンシング
12.2.1 寒冷渦
12.2.2 台風
12.2.3 対流
12.2.4 降水雲
12.2.5 降水粒子
12.3 大気のリモートセンシング
12.3.1 大気重力波
12.3.2 大気境界層
12.4 大気レーダーの応用技術
12.4.1 RASS 法による大気温度と水蒸気量の観測
12.4.2 多ビームおよびレーダー映像法による散乱層の観測
12.5 ウィンドプロファイラーネットワーク
12.5.1 品質管理と運用実績
12.5.2 短時間予報への応用
付録
付録A 自己共分散処理によるドップラー周波数と周波数幅の算出
A.1 平均ドップラー周波数
A.2 周波数幅
付録B FFT のアルゴリズム
B.1 DIT FFT アルゴリズム
B.2 DIF FFT アルゴリズム
付録C RASSのレーダー方程式
付録D 相補系列符号を用いたパルス圧縮とスパノ符号
D.1 送信信号の変調と受信信号のサンプリング
D.2 復号
参考文献
索引
カラー図
目次
記号一覧
第1章 序論
1.1 レーダーの原理
1.2 気象と大気に関するレーダーの歴史
1.3 レーダーで使用される電波の周波数
第2章 電波の特性
2.1 電波の一般的性質
2.1.1 基礎方程式
2.1.2 偏波
2.1.3 屈折と反射
2.1.4 放射
2.2 電波伝搬
2.2.1 大気の鉛直構造
2.2.2 大気中の電波伝搬
2.2.3 球面大気中の電波伝搬
2.2.4 標準大気のプロファイル
第3章 レーダーリモートセンシングの原理
3.1 レーダーの基礎
3.1.1 パルスレーダーの基本観測パラメータ
3.1.2 リモートセンシングの対象標的
3.2 孤立型標的のレーダーリモートセンシング
3.2.1 孤立型標的のレーダー方程式
3.2.2 散乱の特性
3.3 離散分布型標的のレーダーリモートセンシング
3.3.1 球状の誘電体による散乱
3.3.2 離散分布型標的のレーダー方程式
3.3.3 レーダー反射因子
3.3.4 ミー公式
3.3.5 レイリー散乱
3.4 連続分布型標的のレーダーリモートセンシング
3.4.1 連続分布型標的の散乱特性
3.4.2 乱流からの散乱
3.4.3 成層大気からの分反射
3.4.4 線状標的からの散乱
第4 章 ドップラー速度測定の原理
4.1 ドップラー速度測定
4.1.1 ドップラーレーダーの原理
4.1.2 ドップラー速度測定範囲
4.1.3 ドップラー速度測定範囲の拡大
4.2 1 台のレーダーによるドップラー観測
4.2.1 VVP 法による線形風速場の観測
4.2.2 VAD 法による水平風の場の観測
4.2.3 バイスタティック・レーダーによる観測
4.3 2 台以上のレーダーによるドップラー観測
4.3.1 独立走査方式
4.3.2 COPLAN 方式
4.3.3 2 台のレーダーの配置
4.3.4 3 台以上のレーダーによる風観測
第5章 レーダー受信信号と信号処理
5.1 受信機感度
5.1.1 雑音電力
5.1.2 受信機雑音
5.2 受信方式
5.2.1 整合フィルター
5.2.2 位相検波
5.3 受信信号の特性
5.3.1 降水粒子および大気からの受信信号
5.3.2 確率密度分布
5.4 レーダー信号処理の基礎
5.4.1 フーリエ変換とその性質
5.4.2 線形システムにおける信号の扱い
5.4.3 パワースペクトルモーメントと基本レーダーパラメータ
5.5 レーダー送受信信号と離散信号処理
5.5.1 送信信号の波形と波形列
5.5.2 受信信号のサンプリング
5.5.3 離散信号の処理
5.5.4 平均ドップラー速度の推定
5.5.5 速度幅の推定
5.5.6 フィッティングによるスペクトルパラメーターの推定
5.5.7 予測理論に基づいた推定法
5.6 サンプル信号の相関と推定精度
5.6.1 相関関数と相関時間
5.6.2 コヒーレント積分
5.6.3 受信電力の推定精度
5.6.4 平均ドップラー速度の標準偏差
5.6.5 速度幅の標準偏差
5.6.6 大気レーダーに固有の風速測定誤差
第6 章 レーダーによる降水の観測
6.1 降水パラメータ
6.1.1 粒径に関するパラメータ
6.1.2 レーダー基本パラメータと粒径分布の関係
6.1.3 降水に関する物理量
6.1.4 レーダー反射因子と降水強度
6.2 粒径分布の推定
6.3 大気中での電波の減衰
6.3.1 減衰係数
6.3.2 大気による減衰
6.3.3 水滴による減衰
6.4 マルチパラメータレーダー
6.4.1 二重偏波の生成
6.4.2 偏波パラメータの特性
6.4.3 降水粒子の計上と偏波パラメータ
6.4.4 降水強度推定
6.4.5 雲水量の推定
6.4.6 二重偏波レーダーの離散的な受信信号の表現
6.5 ２波長による降水強度の推定
第7章 れーだーによる大気の観測
7.1 大気レーダーの検出能
7.1.1 雑音の中からの散乱信号の抽出
7.1.2 インコヒーレント積分による検出能の改善
7.1.3 受信電力とレーダー反射率
7.2 風ベクトルの観測
7.2.1 ドップラービーム走査法による風速推定
7.2.2 空間アンテナ法による風速推定
7.2.3 運動量フラックスの測定
7.3 乱流の観測
7.3.1 スペクトル幅の推定
7.3.2 乱流パラメータの推定
7.3.3 大気屈折率と乱流構造定数の関係
7.4 温度プロファイルの測定
7.4.1 RASS 法による大気温度の測定
7.4.2 屈折率の変化とRASS 法のレーダー方程式
7.4.3 ブラッグ条件と背景場
7.5 水蒸気プロファイルの推定
7.6 レーダー干渉計法
7.6.1 SDI 法
7.6.2 FDI 法
7.6.3 事後ビーム走査法
7.7 レーダー映像法
7.7.1 フーリエ法に基づく映像法
7.7.2 ケイポン法に基づく映像法
7.7.3 ミュージック法に基づく超高分解能法
第8章 レーダーシステム
8.1 レーダーの概要
8.1.1 レーダー方式
8.1.2 FM-CW レーダー
8.1.3 パルスレーダー
8.1.4 レーダーの受信電力
8.1.5 レーダーの観測空間
8.2 レーダーアンテナ
8.2.1 レーダーアンテナのパラメータ
8.2.2 パラボラアンテナ
8.2.3 レドーム
8.2.4 アレーアンテナ
8.2.5 アンテナ放射パターンの測定
8.3 送受信システム
8.3.1 送信機
8.3.2 気象レーダーの送信機構成
8.3.3 大気レーダーの送信機の構成
8.3.4 パルス圧縮
8.3.5 受信機
8.4 デジタル信号処理システム
8.4.1 信号処理のプロセス
8.4.2 不要信号の除去
8.4.3 A/D 変換
8.4.4 スペクトル解析
8.4.5 窓関数
8.4.6 DFT のパラメータ
第9章 気象レーダーの実際
9.1 各種周波数帯のレーダーの特徴
9.2 降水観測レーダー
9.2.1 我が国の5.3 GHz 帯気象レーダー
9.2.2 レーダー雨量計
9.2.3 先端的な5.3/5.6 GHz 帯レーダー
9.2.4 2.8 GHz 帯レーダー
9.2.5 NEXRAD: WSR-88D
9.2.6 9.5 GHz 帯レーダー
9.3 雲霧観測レーダー
9.3.1 35 GHz 帯レーダー
9.3.2 35/95-GHz マルチパラメータレーダー
9.4 衛星搭載レーダー
9.4.1 熱帯降雨観測衛星
9.4.2 全球の降水観測計画
第10章 大気レーダーの実際
10.1 大気レーダーの特徴
10.2 大型の大気レーダー
10.2.1 大型レーダー
10.2.2 CO-CO アレーアンテナを用いたレーダー
10.2.3 MUレーダー
10.2.4 赤道大気レーダー
10.3 ウィンドプロファイラー
10.3.1 米国のウィンドプロファイラーネットワーク
10.3.2 欧州のウィンドプロファイラーネットワーク
10.4 下部対流圏レーダー
10.4.1 境界層レーダー
10.4.2 下部対流圏レーダー
10.4.3 気象庁のウィンドプロファイラーネットワーク
第11章 気象レーダーによる観測
11.1 気象レーダーによる降雨観測
11.2 メソスケールの降雨
11.2.1 低気圧と前線の構造
11.2.2 降雨域の水平分布
11.2.3 降雨域の鉛直断面
11.3 積雲対流
11.3.1 大規模な雷雲
11.3.2 通常の雷雲
11.3.3 竜巻
11.3.4 二重偏波観測
11.4 台風
11.4.1 水平構造
11.4.2 鉛直構造
11.5 ダウンバーストと低層ウィンドシヤー
11.5.1 ダウンバースト
11.5.2 低層ウィンドシヤー
11.6 晴天大気乱流
11.6.1 大口径大出力レーダーによる観測
11.6.2 FM-CWレーダーによる観測
11.7 上層雲・下層雲
11.7.1 上層雲
11.7.2 雪雲
11.7.3 霧
11.8 リトリーバル法による解析
第12章 大気レーダーによる観測
12.1 風速測定
12.2 気象のリモートセンシング
12.2.1 寒冷渦
12.2.2 台風
12.2.3 対流
12.2.4 降水雲
12.2.5 降水粒子
12.3 大気のリモートセンシング
12.3.1 大気重力波
12.3.2 大気境界層
12.4 大気レーダーの応用技術
12.4.1 RASS 法による大気温度と水蒸気量の観測
12.4.2 多ビームおよびレーダー映像法による散乱層の観測
12.5 ウィンドプロファイラーネットワーク
12.5.1 品質管理と運用実績
12.5.2 短時間予報への応用
付録
付録A 自己共分散処理によるドップラー周波数と周波数幅の算出
A.1 平均ドップラー周波数
A.2 周波数幅
付録B FFT のアルゴリズム
B.1 DIT FFT アルゴリズム
B.2 DIF FFT アルゴリズム
付録C RASSのレーダー方程式
付録D 相補系列符号を用いたパルス圧縮とスパノ符号
D.1 送信信号の変調と受信信号のサンプリング
D.2 復号
参考文献
索引
カラー図
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