Retrieval of Ice Crystal Size and Ice Water Content in Cirrus Using Dual Wavelength Cloud Radar

Hyo-Kyung KIM; Dong-In LEE; Koyuru IWANAMI; Masayuki MAKI; Kyung-Eak KIM; Sung-Nam OH

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자료유형: 학술저널

저자정보: Hyo-Kyung KIM Dong-In LEE Koyuru IWANAMI Masayuki MAKI Kyung-Eak KIM Sung-Nam OH

저널정보: 한국기상학회 Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences JOURNAL OF THE KOREAN METEOROLOGICAL SOCIETY Vol.40 No.6

발행연도: 2004.12

수록면: 697 - 711 (15page)

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본 연구는 구름을 관측하는데 있어 탁월한 원격 장비인 ㎜ 파장대의 구름레이더로부터 권운 구름을 구성하고 있는 얼음 입자들의 직경 분포 및 정량적 특성을 회수하는데 있다. 일본 방재과학 기술연구소에 설치된 이중파장 구름레이더로부터 2001년 6월 21일 관측된 자료로부터 각 입자들의 직경 분포 특성 및 빙수량(IWC)에 대한 연직 프로파일을 구하였다. 감마의 직경 분포(μ＝0)와 얼음입자의 직경에 비례하는 밀도를 가정한 이중파장 레이더기법으로부터 관측된 권운 속 얼음 입자의 평균 체적 직경(DO)은 구름의 운저 약 100 m를 제외한 부분에서 0.1~0.7 ㎜의 분포를 가졌으며, IWC은 0.001~0.150 g/㎥의 분포를 보였다. 문헌적 자료와 비교해 볼 때, 두 값 모두 구름의 운정에서 운저로 올수록 증가하는 전형적인 권운의 분포와 잘 일치하고 있다. 그러나 구름의 운저 약 100 m 정도에서는 운정과 비교할 때 IWC 양은 유사하나 DO는 현저한 차이를 보이고 있고 Do가 1.5 ㎜에 달하는 크기로 과대평가된 것을 알 수 있었다. 운저에서 작은 입자의 증발로 상대적으로 큰 입자의 비율이 증가하는 분포를 가지는 미물리 특성을 감안할 때 감마 분포로 잘 표현되지 않는 입경 분포를 가지는 것으로 유추할 수 있다. 감마 분포를 적용할 시에는 상대적으로 큰 입자의 직경 비율이 높은 분포를 가지는 μ값을 선택하는 것이 적절함을 민감도 테스트를 통해 확인할 수 있었다. 따라서 권운의 운저에서는 그 위쪽 영역과 서로 다른 μ를 사용함으로써 전형적인 권운의 입자 분포를 구할 수 있다. 또한, 두 대의 구름레이더로부터 구한 빙수량은 한 대의 구름레이더로부터 멱급수 관계식을 이용하여 구한 값과는 서로 다른 양상을 보였다.

The purpose of this study is to retrieve drop size and to quantify ice phase hydrometeors in cirrus clouds using mm wavelength cloud radar, which is a powerful tool for monitoring clouds. The vertical profiles of ice cloud water and its drop size distribution were retrieved from the dual wavelength cloud radars (35 / 95 ㎓) which are operated by National research Institute for Earth science and Disaster in Japan for the day on 21 June 2001. By assuming a gamma distribution ( μ＝0) for crystal sizes and a spherical shape and the density of ice crystal in proportion to its size, a median volume diameter (DO) and Ice Water Content (IWC) can be estimated as a function of Dual Wavelength Ratio (DWR) at Mie scattering calculation.
The retrieved DO values in cirrus clouds reach up to 0.7 mm except for the layer in 100 m thick from cloud base and the IWC values have a range distribution between 0.001 and 0.15 g/㎥. As compared with the literature of the previous researches, the vertical distribution of the retrieved DO and IWC values well corresponded to the typical tendency, the increase toward the base from cloud top. The distribution of IWC is similar at cloud top and at the layer in 100 m thick, but otherwise DO values at near base is remarkably larger than those from the cloud top, overestimated up to 1.5 ㎜. The relatively first evaporation effect of small drops near the cloud base causes a distinct change of the shape parameter μ in drop size distribution as compared with the other part of cloud. As a result, the sensitivity test of the shape parameter μ indicates that the overestimated DO can be adjusted by choosing a smaller μ near the cloud base.
It is found that the pattern of the derived IWC from dual wavelength method is so different as compared with IWC by the experimental power law relationship, IWC＝0.137Z0.643. Thus, dual wavelength method can be used to solve the typical problems in a single wavelength radar which is the ubiquitous presence of occasional drizzle drops with a few hundred microns in diameter and dominates the reflectivity.

#ice crystal size #ice water content #cirrus cloud #Mie #dual wavelength cloud radar #얼음입자 크기 #빙수량 #권운 #미이 #이중파장 구름레이더

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[학술지(정기간행물)] - / 1995 / Improved measurements of the ice water content in cirrus using a total-water probe : 410 ~ 414

[학술지(정기간행물)] - / 1995 / An evaluation of a 94-GHz radar for remote sensing of cloud properties 12 : 201 ~ 228

[학술지(정기간행물)] - / 1969 / Electromagnetic Scattering on Spherical Polydispersions

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