(57)【要約】【課題】  塩分や気泡を有する海氷の特性に着目して、後方散乱のメカニズムを明らかにし、後方散乱係数から氷厚を精確に求める方法を提供すること。【解決手段】  ＳＡＲによるリモートセンシングによって、氷厚を推定する方法において、対象氷の氷厚が大きい部位ほど、後方散乱係数が表面散乱を主因として小さければ、その対象氷が一年氷であると判断し、対象氷の氷厚が小さい部位ほど、後方散乱係数が体積散乱を主因として大きければ、その対象氷が多年氷であると判断する。後方散乱係数の閾値を約１０ｄＢとして、一年氷と多年氷との分類を行ってもよい。【選択図】  図２
2005291782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＡＲによるリモートセンシングによって、氷厚を推定する方法において、
対象氷の氷厚が大きい部位ほど、後方散乱係数が表面散乱を主因として小さければ、その対象氷が一年氷であると判断し、
対象氷の氷厚が小さい部位ほど、後方散乱係数が体積散乱を主因として大きければ、その対象氷が多年氷であると判断する
ことを特徴とするＳＡＲによる氷厚推定方法。
【請求項２】
後方散乱係数の閾値を約１０ｄＢとして、一年氷と多年氷との分類を行う
請求項１に記載のＳＡＲによる氷厚推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＲによるリモートセンシングによって、海氷の厚さを推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化により地球の全球平均気温は上昇を続け、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）の報告によれば、気温の上昇に伴い海氷が減少する傾向が示されている。
さらに、極域における氷河・氷床の融解を考えると、我々の人間活動に地球温暖化が波及し、日常的な生活が困難になるものと容易に予想される。とくに雪氷圏では、氷河・氷床の消失によって太陽光を反射する雪氷面積が減少し、アルベド効果が減少する。これにより、吸収日射量の増加に伴って気温が上昇する正のフィードバック効果を引き起こすと考えられる。
【０００３】
海氷は温暖化を緩衝する役割を持つことから、オホーツク海など海氷が発生する海域をモニタリングする手法を確立し、海氷の変化を継続的に観測することが望まれている。
氷厚は、海氷の質量収支と大気との熱収支を推定する検証データとして大変重要である。
【０００４】
海氷表面から大気への熱輸送を氷厚の違いからモデルにより比較した結果、氷厚が４０ｃｍ以下の海氷は氷厚が１ｍ以上の海氷よりも大気への熱輸送量が１０倍から１００倍大きいことが非特許文献１により開示されており、年々生成される海氷の生成量および海氷の質量収支と大気との熱収支を知る上で重要である。
【非特許文献１】Ｍａｙｋｕｔ，  Ｇ．，  Ａ．：  Ｅｎｅｒｇｙ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｏｖｅｒ  ｙｏｕｎｇ  ｓｅａ  ｉｃｅ  ｉｎ  ｃｅｎｔｒａｌ  ａｒｃｔｉｃ．  Ｊ．  Ｇｅｏｐｈｙｓ．  Ｒｅｓ．，  ８３，  ｐｐ．３６４６-３６５８，  １９７８．
【０００５】
従来の氷厚観測は、以下の事例が開示されている。
【０００６】
非特許文献２及び３は、潜水艦および海底に係留された音響ソナーによる海氷のドラフト厚（喫水値）の測定結果について開示している。
【非特許文献２】Ｗａｄｈａｍｓ，  Ｐ．，  Ｎ．  Ｒ．  Ｄａｖｉｓ，  Ｊ．  Ｃ．  Ｃｏｍｉｓｏ，  Ｒ．  Ｋｕｔｚ，  Ｊ．  Ｃｒａｗｆｏｒｄ，  Ｇ．  Ｊａｃｋｓｏｎ，  Ｗ．  Ｋｒａｂｉｌｌ，  Ｃ．  Ｂ．  Ｓｅａｒ，  Ｒ．  Ｓｗｉｆｔ  ａｎｄ  Ｗ．  Ｂ．  Ｔｕｃｋｅｒ  ＩＩＩ：  Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ  ｒｅｍｏｔｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｆ  Ａｒｃｔｉｃ  ｓｅａ  ｉｃｅ  ｆｒｏｍ  ｓｕｂｍａｒｉｎｅ  ａｎｄ  ａｉｒｃｒａｆｔ，  Ｉｎｔ．  Ｊ．  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓ．，  １２，  ｐｐ．１８２９-１８４０，  １９９１．
【非特許文献３】Ｈｕｄｓｏｎ，  Ｒ．：  Ａｎｎｕａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｅａ-ｉｃｅ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｕｐｗａｒｄ-ｌｏｏｋｉｎｇ  ｓｏｎａｒ，  Ｎａｔｕｒｅ，  ３４４（６２６２），  ｐｐ．１３５-１３７，  １９９０．
【０００７】
また、非特許文献４ないし６は、砕氷船に設置されたビデオカメラなどを使用して、砕氷された破断面を撮影することによる氷厚の測定結果を開示している。
【非特許文献４】西尾文彦，  土田幸子：  オホーツク海の海氷厚の測定と変動，  釧路論集（北海道教育大学釧路分校研究報告），  ３０，  ｐｐ．６３-８６，  １９９８．
【非特許文献５】酒田千尋，  中村和樹，  西尾文彦：  流氷観光砕氷船おーろら号による海氷厚観測，  １９９９年度日本雪氷学会全国大会講演予稿集，  ｐｐ．１８２，  １９９９．
【非特許文献６】谷口祐司，  中山雅茂，  長幸平，  下田陽久，  坂田俊文：  ３次元画像計測による海氷厚測定に関する研究，  第２３回極域気水圏シンポジウムプログラム・講演要旨，  ｐｐ．６０-６１，  ２０００．
【０００８】
非特許文献７は、航空機に搭載されたレーザー高度計による海水面と海氷面の厚さの測定結果について開示している。
【非特許文献７】石津美津雄，  板部敏和：  航空機搭載レーザ高度計による海氷厚観測と今後の開発研究，  衛星によるオホーツク海氷プログラムのワークショップ，  地球環境観測委員会極域雪氷圏サイエンスチーム，  ｐｐ．１２９-１４１，  １９８６．
【０００９】
非特許文献８では、ヘリコプターや船舶からレーザー高度計と電磁誘導を組み合わせて氷厚を測定するＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）法が考案されている。
【非特許文献８】Ｈａａｓ，  Ｃ．，  Ｓ．  Ｇｅｒｌａｎｄ，  Ｈ．  Ｅｒｉｃｋｅｎ  ａｎｄ  Ｈ．  Ｍｉｌｌｅｒ：  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｓｅａ-ｉｃｅ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｕｎｄｅｒ  ｓｕｍｍｅｒ  ａｎｄ  ｗｉｎｔｅｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ａｒｃｔｉｃ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｍａｌｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ，  Ｇｅｏｐｈｙｓ．，  ６２，  ｐｐ．７４９-７５７，  １９９７．
【００１０】
しかし、衛星データによる取得領域と比較すると、これらの氷厚の測定方法を広域に適用するためには困難が多い。そこで、リモートセンシングによる氷厚の測定が望まれる。
【００１１】
衛星をプラットフォームとするマイクロ波センサによる観測は、アメリカ航空宇宙局（ＮＡＳＡ）が１９７２年に打ち上げた気象衛星Ｎｉｍｂｕｓ-５に搭載されたＥＳＭＲ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）を使用して開始されたことが非特許文献９に開示されている。
【非特許文献９】Ｚｗａｌｌｙ，  Ｈ．  Ｊ．，  Ｊ．  Ｃ．  Ｃｏｍｉｓｏ，  Ｃ．  Ｌ．  Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ，  Ｗ．  Ｊ．  Ｃａｍｐｂｅｌｌ，  Ｆ．  Ｄ．  Ｃａｒｓｅｙ  ａｎｄ  Ｐ．  Ｇｌｏｅｒｓｅｎ：  Ａｎｔａｒｃｔｉｃ  Ｓｅａ  Ｉｃｅ，  １９７３-１９７６  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ，  ＮＡＳＡ  ＳＰ-４５９，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  ＮＡＳＡ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｒａｎｃｈ，  ｐｐ．２０６，  １９８３．
【００１２】
その後、１９７８年に打ち上げられたＮｉｍｂｕｓ-７に搭載されたＳＭＭＲ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）の観測データから、マイクロ波放射計を使用した海氷観測の有効性が非特許文献１０に開示されている。
【非特許文献１０】Ｇｌｏｅｒｓｅｎ，  Ｐ．  ｅｔ  ａｌ．：  Ａｒｃｔｉｃ  ａｎｄ  Ａｎｔａｒｃｔｉｃ  ｓｅａ  ｉｃｅ，  １９７８-１９８７：  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｐａｓｓｉｖｅ-ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ａｎａｌｙｓｉｓ，  ＮＡＳＡ  ＳＰ-５１１，  １９９２．
【００１３】
現在では、ＤＭＳＰ（Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｐｒｏｇｒａｍ）に搭載されたマイクロ波放射計ＳＳＭ／Ｉ（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ／Ｉｍａｇｅｒ）により定常的な海氷の変動の観測が全球規模で行われるようになった。
【００１４】
マイクロ波放射計を使用した海氷観測は、一定面積の海域内における氷の割合である海氷密接度を推定することが重要とされ、海氷密接度の推定アルゴリズムは主として非特許文献１１ないし１５のアルゴリズムが開示されている。
【非特許文献１１】Ｃａｖａｌｉｅｒｉ，  Ｄ．  Ｊ．  ａｎｄ  Ｐ．  Ｇｌｏｅｒｓｅｎ：  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｅａ  ｉｃｅ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  ＮＩＭＢＵＳ７ＳＭＭＲ，  Ｊ．  Ｇｅｏｐｈｙｓ．  Ｒｅｓ．，  ８９，  ｐｐ．５３５５-５３６９，  １９８４．
【非特許文献１２】Ｇｌｏｅｒｓｅｎ，  Ｐ．  ａｎｄ  Ｄ．  Ｊ．  Ｃａｖａｌｉｅｒｉ：  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗｅａｔｈｅｒ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｅａ  ｉｃｅ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｒａｄｉａｎｃｅｓ，  Ｊ．  Ｇｅｏｐｈｙｓ．  Ｒｅｓ．，  ９１，  ｐｐ．３９１３-３９１９，  １９８６．
【非特許文献１３】Ｃａｖａｌｉｅｒｉ，  Ｄ．  Ｊ．：  ＮＡＳＡ  Ｓｅａ  Ｉｃｅ  Ｖａｒｉｄａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｇｒａｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｍａｇｅｒ：  Ｆｉｎａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ，  ＮＡＳＡ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍ  １０４５５９，  ｐｐ．１２６，  １９９２．
【非特許文献１４】Ｃｏｍｉｓｏ，  Ｊ．  Ｃ．：  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｏｆ  Ａｒｃｔｉｃ  ｗｉｎｔｅｒ  ｓｅａ  ｉｃｅ  ｆｒｏｍ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ，  Ｊ．  Ｇｅｏｐｈｙｓ．  Ｒｅｓ．，  ９１，  ｐｐ．９７５-９９４，  １９８６．
【非特許文献１５】Ｃｏｍｉｓｏ，  Ｊ．  Ｃ．：  ＳＳＭ／Ｉ  Ｓｅａ  Ｉｃｅ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，  ＮＡＳＡ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  １３８０，  Ｍａｒｙｌａｎｄ，  ＮＡＳＡ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  ＡｅｒｏＳｐａｃｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，  ｐｐ．５７，  １９９５．
【００１５】
さらに、季節海氷域であるオホーツク海を対象としたアルゴリズムの開発も研究されており、マイクロ波放射計による海氷密接度推定の有効性の検証が非特許文献１６ないし１８により開示されている。
【非特許文献１６】Ｃｈｏ，  Ｋ．，  Ｎ．  Ｓａｓａｋｉ，  Ｈ．  Ｓｈｉｍｏｄａ，  Ｔ．  Ｓａｋａｔａ  ａｎｄ  Ｆ．  Ｎｉｓｈｉｏ：  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＳＭＭ／Ｉ  ｓｅａ  ｉｃｅ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｅａ  ｏｆ  Ｏｋｈｔｓｋ，  Ｊ．  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓ．  Ｓｏｃ．  Ｊｐｎ，  １６  （２），  ｐｐ．４７-５８，  １９９６．
【非特許文献１７】中山雅茂，  長幸平，  下田陽久，  坂田俊文，  谷川朋範，  西尾文彦：  オホーツク海一年氷の観測に有効なマイクロ波放射計の周波数帯・偏波の検討，  雪氷，  ６２  （６），  ｐｐ．５２３-５３５，  ２０００．
【非特許文献１８】Ｔａｔｅｙａｍａ，  Ｋ．，  Ｈ．  Ｅｎｏｍｏｔｏ，  Ｓ．  Ｔａｋａｈａｓｈｉ，  Ｋ．  Ｓｈｉｒａｓａｋｉ，  Ｋ．  Ｈｙａｋｕｔａｋｅ  ａｎｄ  Ｆ．  Ｎｉｓｈｉｏ：  Ｎｅｗ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｒｅｍｏｔｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｓｅａ  ｉｃｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｓｅａ  ｏｆ  Ｏｋｈｏｔｓｋ  ｕｓｉｎｇ  ８５-ＧＨｚ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｏｆ  ＤＭＳＰ  ＳＳＭ／Ｉ，  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ  Ｇｌａｃｉｏｌ．  Ｒｅｓ．，  １７，  ｐｐ．２３-３０，  ２０００．
【００１６】
ＳＳＭ／Ｉは広域な観測に有効であるが、ＮＳＩＤＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｎｏｗ  ａｎｄ  Ｉｃｅ  Ｄａｔａ  Ｃｅｎｔｅｒ）から提供されるグリッドデータは空間分解能が２５ｋｍ×２５ｋｍであるため、より高分解能なマイクロ波センサによる海氷観測が期待される。
【００１７】
高分解能で天候の影響を受けないマイクロ波センサとして、合成開口レーダ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ：  ＳＡＲ）が運用されている。
【００１８】
当初、ＳＡＲは軍用目的であったが、１９７８年にアメリカが打ち上げたＳＥＡＳＡＴが初めて民生用に使用された。
【００１９】
１９９１年にヨーロッパ宇宙機関（ＥＳＡ）がＥＲＳ-１（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ-１）、１９９２年に宇宙開発事業団（ＮＡＳＤＡ）と通商産業省（ＭＩＴＩ）が共同でＪＥＲＳ-１（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ-１）、１９９５年にはＥＳＡがＥＲＳ-１の後継に当たるＥＲＳ-２、さらに同年にカナダ航空宇宙局（ＣＳＡ）を主体としてＲＡＤＡＲＳＡＴが打ち上げられた。
【００２０】
ＳＡＲを使用した海氷の観測は主として、海氷からの後方散乱特性から海氷を分類する手法であり、非特許文献１９などに開示されている。
【非特許文献１９】Ｆｒａｎｋ，  Ｄ．  Ｃ．  （Ｅｄ．）：  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｅａ  Ｉｃｅ，  Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ  ６８，  ｐｐ．７３-１０４，  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｕｎｉｏｎ，  ２０００  Ｆｌｏｒｉｄａ  Ａｖｅｎｕｅ，  ＮＷ，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  １９９２．
【００２１】
また、ＳＡＲ画像上で局所的な閾値を統計的かつ動的に割り当てることにより海氷を分類し、氷厚推定のための初期値を決定する手法が非特許文献２０により開示されている。
【非特許文献２０】Ｈａｖｅｒｋａｍｐ，  Ｄ．，  Ｌ．  Ｋ．  Ｓｏｈ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｔｓａｔｓｏｕｌｉｓ：  Ａ  Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ，  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｓｅａ  Ｉｃｅ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｆｒｏｍ  ＳＡＲ  Ｄａｔａ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｇｅｏｓｃｉ．  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓ．，  ３３（１），  ｐｐ．４６-５７，  １９９５．
【００２２】
前述の通り、海氷の変化を継続的に観測することは重要であるが、海氷の質量収支と大気の熱収支の相互関係の知見を得るためには、氷厚の観測が必要不可欠である。
しかし、氷厚の分類結果を基に相対的な氷の厚さの程度を推定するのではなく、ＳＡＲの後方散乱係数から氷厚そのものを推定する決定的な手法は、ＳＡＲのマイクロ波と海氷の相互作用の解釈が困難であることから報告されていない。
【００２３】
非特許文献２１及び２２は、北海道サロマ湖を海氷観測のテストサイトとしてＳＡＲの海氷観測の有効性を調査した結果、ラフネスが一様もしくは検出できれば氷厚を推定できることを開示している。
【非特許文献２１】Ｗａｋａｂａｙａｓｈｉ，  Ｈ．  ａｎｄ  Ｆ．  Ｎｉｓｈｉｏ：  Ａ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｉｃｅ  ｏｎ  Ｌａｋｅ  Ｓａｒｏｍａ  ｕｓｉｎｇ  ＳＡＲ  ｄａｔａ，  Ｊ．  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓ．  Ｓｏｃ．  Ｊｐｎ．  １６（２），  ｐｐ．５９-６６，  １９９６．
【非特許文献２２】中村和樹，  西尾文彦，  若林裕之：  合成開口レーダによるサロマ湖の氷厚分布推定への適用研究，  雪氷，  ６２  （６），  ｐｐ．５３７-５４８，  ２０００．
【００２４】
オホーツク海の海氷は、ＷＭＯ（Ｗｏｕｌｄ  Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）の海氷分類の定義によれば「薄い一年氷」であり、この氷からの後方散乱は表面散乱が支配的である。
【００２５】
つまり、一年氷からの後方散乱は氷表面のラフネスと誘電率に寄与され、ＳＡＲにより観測される後方散乱係数からラフネスの検出が可能であれば、誘電率にのみ依存する後方散乱から氷厚を推定できる。このことは、非特許文献２３により開示されている。
【非特許文献２３】中村和樹，  西尾文彦，  若林裕之，  浦塚清峰：多入射角ＳＡＲデータによるサロマ湖氷のラフネスと氷厚の推定，  日本リモートセンシング学会誌，  ２２  （４），  ｐｐ．４０５-４２２，  ２００２．
【００２６】
これまでの衛星搭載ＳＡＲによる観測は、周波数、入射角、偏波がそれぞれ単一の観測であり、ラフネスと誘電率を同時に推定することが難しい。
【００２７】
非特許文献２３では、多入射角データを使用することにより、観測対象物からの情報が増加するため氷厚の推定が可能になった。
【００２８】
しかし、多入射角データは同一の場所を１回の観測により複数の入射角データを取得することができない。したがって、同一の場所を極力短いタイムラグで観測する必要があり、これは、衛星の軌道および観測要求などに左右される可能性がある。
【００２９】
人工衛星に搭載されるＳＡＲは、将来、様々な観測パラメータでデータ取得が可能になるため、多周波、多偏波のＳＡＲデータを使用することにより、前述の問題が解決するものと期待されている。
しかし、これまで蓄積されてきたＳＡＲデータを利用して、海氷及び気候変動を調べるためには、従来のＳＡＲを利用する海氷の観測方法を確立する必要があるが、従来技術では、ＳＡＲで得られた後方散乱係数から、氷厚を十分精確に推定することはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
そこで、本発明は、塩分や気泡を有する海氷の特性に着目して、後方散乱のメカニズムを明らかにし、それを用いて、従来型ＳＡＲからの後方散乱係数から氷厚を精確に求める方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記課題を解決する本発明のＳＡＲによる氷厚推定方法は、ＳＡＲによるリモートセンシングによって、氷厚を推定する方法において、対象氷の氷厚が大きい部位ほど、後方散乱係数が表面散乱を主因として小さければ、その対象氷が一年氷であると判断し、対象氷の氷厚が小さい部位ほど、後方散乱係数が体積散乱を主因として大きければ、その対象氷が多年氷であると判断することを特徴とする。
【００３２】
後方散乱係数の閾値を約１０ｄＢとして、一年氷と多年氷との分類を行ってもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、海氷の特性を考慮に入れた後方散乱のメカニズムに基づくので、後方散乱係数から氷厚を精確に求めることが可能になった。
そのため、海氷の質量収支と大気との熱収支を推定でき、気象予報にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明者は、海氷のモニタリングのための氷厚推定アルゴリズム開発を目指し、北海道周辺の比較的薄い一年氷の海氷が存在する北海道サロマ湖およびその周辺海域において、衛星ＳＡＲと同期する海氷の観測データを取得してきた。
【００３５】
そのＳＡＲデータの解析結果から、サロマ湖の海氷からの後方散乱は、氷厚の増加に伴って減少することが観測され、氷の成長に伴う氷表面の誘電率の変化をＳＡＲにより観測できていると推定された。
変形していない一年氷からの後方散乱は、海氷表面の塩分濃度が高い場合、海氷の表面散乱が支配すると考えられ、誘電率の変化を計測できれば、間接的に海氷厚を計測できる。
【００３６】
両半球における海氷面積の季節変動は、北半球において７．８×１０６〜１４．５×１０６ｋｍ２であり（非特許文献２４）、南半球においては、３．６×１０６〜２０．０×１０６ｋｍ２である（非特許文献２５）。
【非特許文献２４】Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ，Ｃ．Ｌ．，Ｃ．Ｃｏｍｉｓｏ，Ｈ．Ｊ．Ｚｗａｌｌｙ，Ｗ．Ｇ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｆ．Ｄ．Ｃａｒｓｅｙ  ａｎｄ  Ｐ．Ｇｌｏｅｒｓｅｎ（１９８７）：Ａｎｔａｒｃｔｉｃ  ｓｅａ  ｉｃｅ，１９７３  １９７６，ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ，ＮＡＳＡ  ＳＰ  ４５９，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，ＮＡＳＡ，ｐｐ．２０６．
【非特許文献２５】Ｚｗａｌｌｙ，Ｈ．Ｊ．，Ｊ．Ｃ．Ｃｏｍｉｓｏ，Ｃ．Ｌ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ，Ｗ．Ｇ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｆ．Ｄ．Ｃａｒｓｅｙ  ａｎｄ  Ｐ．Ｇｌｏｅｒｓｅｎ（１９８３）：Ａｎｔａｒｃｔｉｃ  ｓｅａ  ｉｃｅ，１９７３  １９７６，ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ，ＮＡＳＡ  ＳＰ  ４５９，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，ＮＡＳＡ，ｐｐ．２０６．
【００３７】
両者を比較すると、最大海氷面積および変化幅は南半球の方が大きい。このことは、海洋に通年存在する多年氷（１１．４×１０６ｋｍ2）よりも新生氷（２３．１×１０６ｋｍ2）が２倍もの面積を占めることを示している。新生氷や一年氷に代表される薄氷は、大気・海氷・海洋の熱輸送に大きく関与しており、そのメカニズムの知見を得るためには氷厚の計測が必要となる。
【００３８】
本実施例では、南極海域のリュツォ・ホルム湾の比較的安定して存在する海氷の氷厚推定について検討した結果を示す。さらに、リュツォ・ホルム湾の氷厚推定への適用性について、ＳＡＲによる後方散乱係数が南極の海氷厚に対してどのような関連性を持つか調べた。
【００３９】
図１及び２は、それぞれ、ＳＡＲのマイクロ波と海氷の物理的構造の相互作用に着目して、一年氷および多年氷からの後方散乱メカニズムを示した模式図である。図中の波線矢印は、散乱波が等方的な散乱をすることを示しており、ＳＡＲは、実線上向き矢印で示すアンテナ方向への散乱波（後方散乱波）を受信している。
【００４０】
一年氷からの後方散乱は、海氷表面の塩分濃度が高くＳＡＲのマイクロ波が海氷内部へ透過できないため、海氷の表面散乱が支配するものと考えられる。
海氷の表面散乱は、海氷の表面付近の誘電率とラフネスが寄与し、海氷の表面付近の誘電率は、塩分濃度と温度の影響を受けて変化する。
一般的には、海氷の成長に伴い塩分濃度が低下する傾向がある。したがって、誘電率の変化を計測できれば、間接的に氷厚を計測できる。氷厚と誘電率の関連は、氷の成長に伴う氷体および氷表面の温度低下によるブラインの排出過程にあり、氷厚の増加に伴い塩分濃度が低下することにより誘電率も低下するため、最終的に氷厚の増加に伴い後方散乱係数は減少することになる。
【００４１】
多年氷の後方散乱は、海氷の成長に伴う脱塩化の作用により海氷表面の塩分濃度が低くなり、夏の融解期を越す頃には、海氷中のほとんどの塩分が海水へ排出される。したがって、多年氷の誘電率は低くＳＡＲのマイクロ波は海氷の内部へ到達することから、海氷の体積散乱が支配的となる。
海氷の体積散乱は、海氷の内部構造が寄与し、海氷の内部における気泡、クラック、ブラインチャンネル（ブラインが海氷へ抜け出る細い管状部）等の影響を受ける。体積散乱は、媒質内の誘電体の不連続性と媒質の不均一性の密度に比例することから、主として、氷厚の増加に伴う密度変化に関連して後方散乱係数も増加することになる。
【００４２】
変形していない海氷厚は増加することに伴って、ＳＡＲで観測される後方散乱係数が減少する傾向があり、この現象について前述の通り定性的に説明した。一年氷とは対照的に、多年氷は海氷厚が増加することに伴って、後方散乱係数が増加する傾向があると言われている。
【００４３】
一年氷と多年氷が混在するリュツォ・ホルム湾において、日本の南極地域観測隊を昭和基地へ輸送する観測船「しらせ」の航路は、比較的薄い海氷を選んで航行している。リュツォ・ホルム湾は、しらせ氷河や茅氷河から流出した浮氷舌を除けば、比較的変形の少ない海氷や定着氷で覆われている。前述した通り、北半球と南半球の両海域における海氷面積の季節的変動は南半球の方が大きく、多年氷よりも新生氷や一年氷の占める割合が大きいことから大気／海氷／海洋の熱輸送に大きく関与している。
【００４４】
リュツォ・ホルム湾は、南半球の海氷を調べるには過去の実測データが存在するなど適した海域と考えられることから、南半球におけるＳＡＲによる海氷厚の測定の可能性を調べるため、リュツォ・ホルム湾における氷厚と後方散乱係数の関係を調べた。この関係を導出する際に使用した氷厚データおよびＳＡＲデータについては次の通りである。
【００４５】
氷厚データは、第４３次南極地域観測隊が昭和基地へ向かう航行時において、「しらせ」により砕氷された海氷の破断面を、ビデオカメラを使用して連続的に撮影した画像を解析することにより測定したものである。
【００４６】
ＳＡＲデータは、リュツォ・ホルム湾をカバーした２００２年１月１１日のパス、ローがそれぞれ１８９、４１７のデータを使用した。図３に示すＳＡＲデータによる衛星画像は，スペックルノイズフィルタリング、ラジオメトリック校正、地図投影の一連の処理を施した結果を示している。ＥＲＳ-２のラジオメトリック校正に関しては、昭和基地の校正用ターゲットを使用して局所的に校正係数を求め、後方散乱係数への校正変換に使用した。
【００４７】
図中、画像の明暗は、後方散乱係数の大きさを表しており、明るいほど後方散乱係数が大きいことを示す。図中の実線（ａ）は観測船「しらせ」の航路を示す。「しらせ」航路上には多くの氷山があり、氷山の領域を除いた囲み枠（ｂ）、（ｃ）を氷厚と後方散乱係数の導出領域と選定した。なお、囲み枠（ｂ）、（ｃ）は、図４のグラフ（ｂ）（ｃ）にそれぞれ対応する。
【００４８】
図４は、リュツォ・ホルム湾において、観測船「しらせ」により砕氷された海氷の破断面を、ビデオカメラを使用した連続的な撮影結果を解析することにより測定した氷厚と後方散乱係数の関係を示すグラフであり、（ａ）は、図３に示したＥＲＳ  ２の１シーンにおける観測船「しらせ」の航路上の全ての氷厚と後方散乱係数の関係、（ｂ）は、一年氷の氷厚と後方散乱係数の関係（図中の○、□は、それぞれ、薄い一年氷（Ｔｈｉｎ  ｆｉｒｓｔ  ｙｅａｒ  ｉｃｅ）、並の一年氷（Ｍｅｄｉｕｍ  Ｆｉｒｓｔ  ｙｅａｒ  ｉｃｅ）を示す）、（ｃ）は、多年氷の氷厚と後方散乱係数の関係である。
【００４９】
図４（ａ）から、氷厚の増加に伴って、後方散乱係数も増加する正の相関関係が見られた。ただし、「しらせ」の航路上のすべての氷厚データを使用しており、一年氷および多年氷を区別することなく氷厚と後方散乱係数を導出した結果である。
【００５０】
ここで、一年氷と多年氷の分類について検討する。南極海であるウェッデル海において、海氷の種類別に後方散乱係数を導出した結果が、非特許文献２６に開示されており、これによると、一年氷と多年氷の閾値は９．５４ｄＢとなる。また、本実施例による図４に示す結果を考慮すると、一年氷と多年氷との分類に当たっては、後方散乱係数の閾値を１０ｄＢとするのが好適である。
【非特許文献２６】Ｔｓａｔｓｏｕｌｉｓ，  Ｃ．  ａｎｄ  Ｒ．  Ｋｗｏｋ（Ｅｄｓ．）：Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ＳＡＲ  ｄａｔａ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｏｌａｒ  Ｏｃｅａｎｓ，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ-Ｖｅｒｌａｇ，  Ｂｅｒｌｉｎ  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，  ｐｐ．１４５-１８８，  １９９８．
【００５１】
一年氷に関する図４（ｂ）からは、氷厚の増加に伴って後方散乱係数が減少する関係が見られた。この関係は、北海道サロマ湖において見られるものと同様な傾向であり、南極における一年氷についても、氷厚の増加に伴う後方散乱係数の減少が確認できた。
【００５２】
多年氷に関する図４（ｃ）からは、氷厚が増加することに伴って後方散乱係数も増加する関係が見られた。この関係は、多年氷について一般的に言われている傾向であり、体積散乱が支配的になることを示す。
【００５３】
以上から、一年氷と多年氷を分類し、一年氷は図４（ｂ）、多年氷は図４（ｃ）から氷厚と後方散乱係数の関係式を算出し、氷の種類に対応する関係式を用いて氷厚を推定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
海氷厚と後方散乱係数の関係を導出し、海氷からの後方散乱特性を調べた。その結果、一年氷における氷厚と後方散乱係数の関係は負の相関関係が見られ、また、多年氷については一般的に言われているように、氷厚と後方散乱係数の関係は正の相関が見られた。
本発明によると、塩分や気泡などを有する海氷の特性に着目して、後方散乱のメカニズムを明らかにし、それを用いて一年氷と多年氷を分類することで、氷厚を精度高く推定することが可能になった。
これにより、海氷の質量収支と大気との熱収支の推定や気象予報に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一年氷からの後方散乱メカニズムを示した模式図
【図２】多年氷からの後方散乱メカニズムを示した模式図
【図３】リュツォ・ホルム湾の衛星ＳＡＲ画像
【図４】リュツォ・ホルム湾における撮影解析氷厚と後方散乱係数の関係を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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