鳥取環境大学紀要第12号（2014．３）pp.９-24

退任にあたって（研究生活を振り返って）
Looking back over my research life at the retirement

岡本

謙一

OKAMOTO Ken’ichi

１

生の身分で査読させて頂き、思い出深い類書の少ない
『電

はじめに

2014年３月に停年退職することになりました。退職す

気伝導』（培風館1969）が先生のお棺の中に納められてるのは３回目です。2000年４月に27年間勤務しました郵

いたのを見て胸が痛くなりました。2012年から、鳥取環

政省通信総合研究所（現在の総務省所管の独立行政法人

境大学環境学科１年生のために『物理学概論』の講義を

情報通信研究機構）を退職し、大阪府立大学大学院工学始めましたが、テキストは阿部先生の『はじめて学ぶ物

研究科航空宇宙工学分野に移りました。大阪府立大学で理学（サイエンス社2006）』を使っています。毎回講義

は、８年間勤務した後、2008年３月に退職しました。そをする度に、阿部先生の講義には遠く及ばなかったと思の後は、鳥取環境大学にお世話になり、６年間勤務した

うと共に、恩師の偉大さをつくづく思い知らされます。

次第です。鳥取環境大学では、環境政策学科に採用され、博士課程を卒業した頃は、オーバードクター全盛の時

その後、組織再編等に伴い、環境マネジメント学科、環代でした。物理が好きで好きでたまらなく、就職口が無境学科と所属が変りました。今回３回目の退職を迎える

くても何年も大学院に残っていても構わないという人がにあたり、この機会に自分の約40年間の研究生活を振り自分の周りにも沢山おられました。その様な方々に比べ返ってみたいと思います。

れば、物理で食っていくだけの自信と能力のない自分と

1973年３月に東京大学大学院理学系研究科博士課程を卒業しました。大学院では、恩師の阿部龍蔵先生の下で、しては致し方なく、さっさと国家公務員試験を受けて転進する次第となりました。

５年間物性基礎論を専攻しました。また、助手の波田野

1973年４月に郵政省の電波研究所（1988年４月から通彰先生には、物理学のみならず、人生相談などでも大変

信総合研究所と名称変更）に入所しました。入所の前年

お世話になりました。お二人に対する恩義は、生涯忘れの夏に電波研究所の面接試験があったのですが、その時られません。博士論文の題目は「ポーラロンに於ける経に、「人工衛星は好きですか」という質問がありました

路積分法の拡張と応用」でした。固体中の電子が格子振ので、「嫌い」というわけにいかず、思わず「はい」と動を量子化した粒子であるフォノンと相互作用すること肯定的な返事をしたことがその後の運命を決めるとは思について、有名なノーベル賞物理学者のファインマンのいもよらなかったです。

理論を拡張した論文でした。阿部先生は、統計力学、特郵政省電波研究所では、研究職公務員として生活しまに相転移において世界的に著名な理論物理学者でありなしたが、衛星研究部を振り出しに、宇宙からの電波リモー

がら、人柄は謙虚で、わかり易い教科書を書かれ、またトセンシングの研究に従事する期間が一番長かったと思

素晴らしくわかり易い講義をされる方でした。研究室にいます。取り分け、1978年頃から始まった宇宙からのは優秀な大学院生が沢山居られましたが、私のような如

レーダによる降雨観測の研究は、航空機実験を経て、熱何しようもない出来の悪い学生をも見捨てず親切に指導

帯降雨観測衛星（TRMM：Tropical Rainfall Measuring

して下さいました。昨年死去されたことが残念で残念でMission、以下 TRMM と略記）として結実し、私のラたまらないです。私が、一生懸命読んでもなかなか理解

イフワークとなりました。これについては、後で詳述しできなかった名著『統計力学』（東大出版1966）や、院たいと思います。40歳になった頃から、研究マネジメン―9―

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ト職になり、自分の研究に従事するよりは、プロジェクていた物理学の知識は、地球科学分野の研究を理解する

ト管理に時間を取られることが多かったです。地球環境

のに役に立ちました。ということで、興味が地球環境の計測部長として、TRMM プロジェクトを初めとする地

科学にまで広がりつつありましたので、鳥取環境大学の球環境のリモートセンシングに関する様々なプロジェク

公募に応募して、鳥取環境大学に移ることになりました。

トの管理と研究をしている時期が一番充実していたので

鳥取環境大学に移ってからは、学生の卒業論文のテーマはないかと思います。通信総合研究所が、周波数に関すとして主に、TRMM 降雨レーダのデータ解析を行ってる国家標準を持っていたため、その後、標準計測部長と来ました。地球温暖化と降雨量の関係について TRMM

して、「周波数標準値を定め標準電波を発射し標準時を

降雨レーダデータから何か言えないかと考えたからで通報する」業務も担当しました。現在、皆さんがご利用す。また、衛星データを用いて自然災害や地球環境の変の電波時計が受信する時刻信号を通報する側の業務で化の様子を知り、その保全についての大切さについてもす。 最 後 は、 総 合 研 究 官（英 語 で Associate Director

学生と共に学んできました。

General と言った方が内容的にはわかり易いですが）に

以下で、上述した私が関わって来ました主な研究対象なり、研究所全体の研究管理をやることになったのです

である、TRMM 降雨レーダの研究開発、同データ解析

が、機会がありましたので、先輩のお勧めに従って、直処理用アルゴリズムの研究開発、衛星による高精度高分

ぐに退職して、大阪府立大学に移りました。

解能全球降水マップの作成、ならびに最近研究をしてい大阪府立大学大学院工学研究科航空宇宙工学分野でます TRMM 降雨レーダで観測した全地球の降雨量の最は、航空宇宙システム講座のシステム工学の教授として、近のトレンドなどについてお話ししたいと思います。

宇宙からの地球観測を研究分野に選び、大学院生の研究指導に従事しました。
研究予算が豊富な国立研究所から、

２

TRMM に至るプレヒストリー

まったく研究費のない大学に移ってゼロから研究室の立既にお話しましたように、私は1973年４月に郵政省のち上げをすることになりましたが、幸い航空宇宙工学分

電波研究所に入所しました。前年の1972年７月に米国航野の教員の皆さんは親切で、色々と便宜を計らって下さ

空 宇 宙 局（NASA） は、 最 初 の 地 球 観 測 衛 星 ア ー ツり、有能な助手も採用することができました。新任教授（ERTS：Earth Resources Technology Satellite、 後 にとしては科研費を初めとする様々な外部予算を獲得する

ランドサット１号と改名）を打ち上げていました。アーツ

ことにかなりの時間を取られたのですが、国立研究所に搭載の可視・赤外センサ MSS（Multi Spectral Scanner）

はないマンパワーとして、ある程度の学力のある博士課

は100海里四方（ほぼ関東地方の面積に匹敵）の画像を分

程前期・後期の学生が沢山いましたので、何とか研究室

解能80m で提供し、初めて見た者には驚きをもたらしまを立ち上げることが出来ました。この時期には、宇宙開した。同じく前年の1972年12月には、もう一つの米国の発 事 業 団（2003 年 10 月 よ り 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構

衛星であり、宇宙からの降雨を観測対象の一つとするマ

JAXA）の研究公募の支援を受けて、TRMM プロジェ

イクロ波放射計 ESMR と NEMS を搭載したニンバス５

クトに引き続き関わり続けました。特に、TRMM デー号（NIMBUS-5）が打ち上げられていました。ESMR のタを解析処理する降雨レーダの標準アルゴリズムの何回PI（研究代表者）である NASA ゴダード宇宙飛行センター

かの改定作業にアルゴリズムチームのリーダーとして従（GSFC）のトム・ウィルハイト（Thomas Wilheit）博士

事しました。また、科学技術振興機構の財政的支援を受は当時の私にとっては、論文でその名前を読むだけの雲けて、「衛星による高精度高分解能全球降水マップの作の上の人でしたが、後に TRMM プロジェクトで親しく成」のプロジェクト（GSMaP）を研究代表者として担付き合うことになるとは当時は想像もできませんでした。

当しました。これらについても、後で詳述したいと思い

宇宙からのリモートセンシング技術により地球を観測すます。

ることの重要性の認識が世界的に高まる中で、衛星から2008年に鳥取環境大学に移りました。大阪府立大学の停年（63歳）までまだ１年あったのですが、TRMM プの地球観測は電波研究所が取り組むべき次の宇宙分野の研究テーマとなって行ったのです。

ロジェクトや GSMaP プロジェクトに関わっているうち

1973年～1977年頃の電波研究所では、衛星通信に用いに、気象学や気候学の分野の方々と共同研究をする機会られるミリ波・準ミリ波の電波伝搬に影響を与える降雨が増えてきました。段々と自分の興味が宇宙工学分野かについての理論的ならびに実験的研究が積極的に行われら地球科学分野にまで広がって来ました。もともと、理ていました。その様な研究背景の下に、衛星から降雨を学系出身ですし、学生時代に苦労したお陰で基礎となっ観測する技術の開発をしようとする声が電波研究所内で― 10 ―

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退任にあたって（研究生活を振り返って）上がってくるのは必然とも言えました。結果的に、電波に明らかになりました。宇宙からの降雨レーダによる降研究所では当時の石田亨衛星研究部長の指令の下に、宇雨観測が計算上可能であることが示されました。
途中の経過は省略しますが、1977年の６月に電波研究

宙からのレーダによる降雨観測技術の開発をターゲット

所から新規予算、研究課題名「衛星搭載用能動型電波リにおいて研究が開始されることになりました。
衛星からの降雨観測は、既に気象衛星の草創期である

モートセンサの研究開発」を大蔵省に提出し、1977年121960年４月に打ち上げられたタイロス（TIROS）１号

月の予算内示で1978～79年度の二年国債で二億円の郵政の時代から希求されてきました。ビデオカメラと赤外線

省一般会計予算が認められることになりました。といっで捉えた雲画像と雲頂温度や地表面温度は天気予報に必てもリスクが大きく予算もかかる衛星搭載用の降雨レー

要な気象データを提供しましたが、雲の下の何処で雨がダの開発がいきなりできるわけではありません。所内で降っているのかは観測できませんでした。恐らく最初にも改めて実行予算で実際何を研究するかについての議論

宇宙からの降雨観測データを提供したのは、ニンバス５がありましたが、結局のところ、私が責任者となり航空号 搭 載 の マ イ ク ロ 波 放 射 計 ESMR で し た。 但 し、機搭載降雨レーダの研究開発からスタートすることにな

ESMR の降雨観測は海上では有効でしたが、陸上でのりました。1978年に航空機搭載の降雨レーダとマイクロ降雨の観測は困難でした。また、原理的にマイクロ波放波放射計を組み込んだ10GHz と34.5 GHz のシステムで射計の観測は高度方向のデータは積分されてしまい、降ある航空機搭載雨域散乱計／放射計システムの仕様書を

雨構造の垂直分布は観測できませんでした。

一人で書き上げ、三菱電機と契約をしました。雨域散乱

その頃我が国では、宇宙開発事業団が我が国最初の地

計とは降雨レーダのことで、放射計とはマイクロ波放射

球観測衛星である海洋観測衛星１号（MOS-1）の計画を計のことです。この両方のセンサで降雨を同時観測する検討し始めていました。MOS-1（1987年２月打ち上げ）

メリットは非常に大きいことが後の降雨観測実験でも明は、受動型センサであるマイクロ波放射計（MSR）をらかになりました。この年（1978年）に初めて外国出張

搭載していました。従って、当然のことながら電波研究しました。今は国が無くなってしまったユーゴスラビア

所が狙うべきターゲットは、能動型電波センサである衛のドブロブニク市で開催された第29回国際宇宙航行連盟

星搭載降雨レーダでありました。そして、このレーダの（IAF）の総会で、“Remote sensing of precipitation by

実現可能性について理論的に検討する仕事が、私に降りa satellite-borne microwave remote sensor” と い う 題かかりました。

で宇宙からの降雨観測用の降雨レーダのシステム提案に

1973年～1977年頃の電波研究所では、衛星通信を研究

ついて、それまでの計算結果を纏めて発表したのです1）。

してきた研究者の頭には降雨減衰ということが染み付い

発表後、セッションの議長から、ぜひ衛星搭載降雨レーていたため、宇宙からレーダで降雨が測れるなどというダを実現するようにと励まされたのですが、当時はまさことについては誰もが眉唾物でありました。また、衛星か後年本当に TRMM という形で夢が実現するとは思っから見れば薄い雨の層のすぐ下に地表面があるため、地ても見ませんでした。

面からの強い反射で雨のエコーがマスクされてしまい、

1980年７月には、航空機搭載雨域散乱計／放射計シス

何も分からないのではとの懸念もありました。例えてみテムが出来上がり、航空機実験が始まりました2）。航空

れば、ミカンの薄皮（降雨層）をミカンの実（地球）か機実験では、大阪の八尾空港に基地がある昭和航空（株）

ら分離して観測することが果たしてできるかというようの所有しているセスナ404（タイタン）という双発プロなことです。この可能性を確認するための計算を私が引ペラ機（当時は、リモートセンシング用に利用できる我

き受けることになりました。
衛星から雨を観測する場合、が国の航空機としては最大級でした）を借り上げて飛行

ほぼ鉛直下方を眺めることになるため、地上の降雨レー

条件の悪い降雨時に実施しました。余談になりますが、ダのように水平方向に長い距離をレーダ電波が伝搬する同機が2007年11月に岐阜県中津川市恵那山山頂付近で墜必要がないこと、静止衛星に対する衛星通信回線の斜め

落事故を起こしたことはとても悲しいことです。1980年

伝搬とは条件が違い降雨減衰の影響が少ないこと、従っ代に降雨観測実験に協力して下さった昭和航空（株）のて衛星搭載の小型軽量化に不可欠な10 GHz 以上の高い皆様のことを思うと胸が痛みます。当時の実験では、１周波数の電波をむしろ使えること、また１μs 程度のパ

時間60万円の飛行代金だったと記憶しています。雨域のルス幅のパルス波と低サイドローブレベル（－25～－30

上から雨の観 測を実 施 するのですが、夏 場には高度

dB 程度）を有するアンテナパターンを組み合わせれば、6,000m 以上も上昇します。与圧されていない飛行機で一雨と地表面エコーの分離ができることが計算の結果すぐ気に高高度まで上昇するのですから酸素マスクが必要で― 11 ―

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す。実験に夢中になって酸素マスクに酸素を送る管が天得すると共に NASA 側の信頼を勝ち取ることができま

井から外れているのに気が付かず頭が痛くなってきて初した。実験は、当初は NASA のメリーランド州のワロー

めて気が付き、地上に戻ってから酸素吸入を受けるといプス実験施設を中心に行われましたが、その後 DC-8に

うこともありました。小さい飛行機にレーダの機械が一搭載して沖縄周辺の台風の観測実験も行われました。こ杯に詰まった状態ですから、オペレータは二人一組で、の様にして、宇宙からの降雨レーダによる降雨観測の殆ど身動きできない状態での実験でしたが、研究室のメフィージビリティが検証されました。

ンバーは交代で頑張ってデータを取得しました。国内で合計100時間くらい実験をしたでしょうか。レーダは、

３

TRMM 降雨レーダの研究開発

送信管にマグネトロンを使っていましたが、周波数が安1984年10月 NASA は、NASA 本部のセオン博士（Dr.

定せず AFC の動作が不調で、機上での機械の調整に大J. Theon）の指導の下に、気象と気候に関連する新しい

変苦労しました。危険なことはするな、危なくなったら研究ミッション候補として NASA／GSFC の３人の研何時でも下りて来るようにと当時の畚野信義研究室長か究者ジェリー・ノース博士（Gerald North）、トム・ウィらは言われていましたが、データを取らずに下りて行っルハイト博士（Thomas Wilheit）、オットー・ティーレ

たときに室長から怒られるほうが怖いと思って兎に角必氏（Otto Thiele）の提案である TRMM を取り上げ、そ死でデータを取りました。この様にして苦労して観測しの実現を真剣に追求することになりました 6）。TRMM

たデータを解析して、共同研究者の猪股英行氏が1981年

衛星は、日本語に翻訳しますと、「熱帯降雨観測衛星」

11月にボストンで開催された第20回気象レーダカンファのようになり、後に日米共同のミッションになりますが、レンスで発表したところ、この発表に興味を持ったのが、最初に提案したのは米国であったのです。

当時米国航空宇宙局ゴダード宇宙飛行センター（NASATRMM は、文字通り熱帯・亜熱帯の雨を観測するこ／GSFC）の Laboratory for Atmospheres の Chief をしとを目的とした人工衛星ですが、何故、熱帯の降雨の観ていた気象レーダの世界では神様扱いされていたアトラ

測が重要かについてお話しします。図１は、熱帯降雨と。当時、アトラス博士

大気の循環の関係を概念的に示しています7）。左図が異も将来の衛星搭載降雨レーダを実現したいと考えていた

常のない通常年の大気大循環、右図がエルニーニョの年と思われます。その後の経緯は省略しますが、電波研究の大気大循環の様子を示しています。熱帯の大気と海洋所の航空機搭載雨域散乱計／放射計システムを米国の相互作用は、地球的規模の気候変動に大きな影響を与NASA に運び日米共同降雨観測実験を実施することがえます。図１の青い部分は、赤道周辺の熱帯太平洋を示

1985年に NASA と電波研究所間で合意されました 5）。

しています。

ス博士（Dr. D. Altas）でした

2）-4）

NASA 側は、この頃既に TRMM 衛星の構想を持ち、宇宙からの降雨レーダによる降雨観測のフィージビリティ
スタディとして航空機からの降雨レーダとマイクロ波放射計による降雨観測を実施したい意向を持っていました。このために電波研究所の開発した航空機搭載雨域散乱計／放射計システムに注目したものと考えます。日米共同降雨観測実験では、「宇宙からの降雨観測の可能性の研究」というテーマの下に、電波研究所の優秀な若手
研究者が次々と４人（中村健治、古津年章、熊谷博、井口 俊 夫 の 各 氏）
、NASA から招 聘され、1985 年２月～
1994年６月まで続きました。私は、当時研究室長をしていたこともあり、日米共同降雨観測実験には直接的には参加せず兵站部門を担当する立場に回りました。日米共

図１7）熱帯降雨と大気の循環（JAXA 提供）

同降雨観測実験の米国側の担当者は、NASA／GSFC のボブ・メネギーニ氏（R. Meneghini）でした。彼とは、左側が西太平洋で日本のほぼ真南のニューギニアとか

後日 TRMM 降雨レーダアルゴリズム開発で一緒に仕事の島々のある海域、右側の緑が南北アメリカ大陸のあたをすることになりました。電波研究所の優秀な若手研究りを示しています。左図の通常年には、西太平洋熱帯域

者は、慣れない環境条件下でも頑張り、良いデータを取の海洋表層には暖水域があり、水蒸気が盛んに蒸発して― 12 ―

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退任にあたって（研究生活を振り返って）います。水（液体）は海面から水蒸気（気体）として蒸を結集して強力に推進されようとし始めたこともあり、発するとき、熱を海面から奪い、水蒸気内部に潜熱とし大きな困難に直面することになりました。途中の経過はて保有します。水蒸気を大量に含んだ空気が上空に上昇

省略しますが、多くの紆余曲折の末、セオン博士は、当すると気温が減少しますので、空気中に水蒸気を確保す

時電波研究所の電波応用部長をしていた畚野信義氏に支ることが出来なくなり水蒸気は凝結し水蒸気（気体）か援を求め、TRMM は日米共同の計画として推進されるら雲粒（液体）に変化します。この結果、凝結による潜ことになりました6）。1986年６月に第４回 SSLG
（Senior

熱が大気中に大量に放出され、暖められた大気は軽くなStanding Liaison Group Meeting：宇宙分野における日

り益々上昇して積雲対流を生じ、これに伴う活発な降水

米 常 設 幹 部 連 絡 会 合） が ワ シ ン ト ン で 開 催 さ れ、活動が西太平洋熱帯域では生じています。熱帯・亜熱帯

TRMM 計画の日米両国による提案がなされ承認されま

域では、全世界の２/３以上の降雨が降るといわれていした。日米のカウンターパートは、セオン博士と畚野博ます。この大気の上昇の結果、周囲から大気が吹き込み、士でした。日米の分担は、日本側が H-II ロケットの提供、

熱帯太平洋の赤道周辺では上層で西風、下層で東風（貿降雨レーダの開発、米国側が TRMM 衛星バス（本体）易風）の大気の大循環が引き起こされます。この下層のの 提 供、 降 雨 レ ー ダ 以 外 の 降 雨 観 測セ ン サ の 提 供、東風によって東から西に向かう赤道海流が駆動されま

TRMM 衛星の運用でした。科学研究は、日米双方で対す。また、東太平洋のペルー沖では、通常下方から冷た等に実施することになりました。

い海水が湧きあがって来ており、海面温度の低い領域が1987 年 １ 月 ～ 1988 年 ３ 月 に か け て、 日 米 共 同 のできます。貿易風によって運ばれて東太平洋から赤道海

TRMM フィージビリティスタディ（Feasibility Study）

流に乗った海水は長時間太陽に暖められた後、西太平洋が実施されました。電波研究所は、このフィージビリティに達し、そこに暖水域を形成します。そして、この暖水

スタディにおいて、衛星搭載降雨レーダのシステムスタ域の活発な水蒸気の供給を受けてその上空に積雲が発達

ディ（概念設計）を担当しました8）-12）。私は、この電波します。通常年には、熱帯太平洋における大気と海洋の研究所における降雨レーダの概念設計のリーダーを担当

相互作用の結果、このような安定した大気循環のループしました。降雨レーダのシステムパラメータの決定は、が形成されていると考えられています。

NASA の科学者によって示されたミッション要求条件

ところが、エルニーニョが生じたときには、このルーに基づいて実施されました。これを表１に示します10）。

プが崩れ、暖水域とその上の活発な積雲、降水活動域が

表１

中部太平洋に移動します。この結果、貿易風が弱くなり、TRMM 降雨レーダに対するミッション要求条件10）

周波数
衛星高度
走査幅
走査角
レンジ方向分解能
水平方向分解能
最小観測可能降雨強度
最大観測可能距離範囲

13.8 GHz
350 km215 km±17ﾟ
250 m 以下
約４km
（直下点）
0.5 mm/h（雨域の頂きで）15 km＋５km（直 下 点 で ミ
ラーイメージを含む）
独立サンプル数
64 以上
アンテナサイドローブレ グラウンドクラッタの影響ベルを除去できること

西太平洋の暖水域が東太平洋へ移動し、東太平洋やペルー沖の海水温度が異常に上昇します。この様に、熱帯
太平洋の積雲、降水活動は、海洋との相互作用を通じて大規模な気象、海象変動に大きな役割を果たしていると考えられています。エルニーニョの時期には、世界的な規模で大気の循環に異常が生じ、洪水、旱魃などの異常
気象を引き起こす要因となります。降雨は、このように大気の駆動源として重要であるにも拘わらず、観測が困難な物理量です。特に、熱帯太平洋域では、広大な海洋があり、また陸上では熱帯雨林が広がっており、観測デー
タが少ない領域です。熱帯地方の降雨観測のためには衛星観測しかないといっても過言ではありません。このた

周波数については、国際電気通信連合（ITU）による

めに、降雨観測センサを搭載した熱帯降雨観測衛星が計

周波数割り当て原則に従って宇宙研究用に二次業務とし画されたのです。

て割り当てられていた周波数のうち13.8 GHz が選ばれTRMM 計画は、1984年10月に NASA から始まりましました。フィージビリティスタディの段階では、13.8た。この後、セオン博士は NASA 部内で TRMM 計画

GHz と共に24.15 GHz の二周波レーダが研究されましたを前に進めるための予算獲得をする努力をしますが、が、その後衛星搭載上の重量、消費電力等の制限上の下NASA 本部では壮大な地球観測プラットフォームであに一周波レーダに計画が縮小されました。降雨減衰の影

る EOS（Earth Observing System）計画が全米の科学者

響を極力減らすためにも、水平方向の分解能の約４ km― 13 ―

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鳥取環境大学紀要第12号を達成するためにも、また H-II ロケットに搭載可能なア

テナ、⑵５ビットの PIN ダイオード移相器、⑶10W 出

ンテナサイズ（約３m 以下）を実現するためにも、13.8

力の固体増幅器、⑷低雑音増幅器でした。⑵～⑷の部品

GHz の周波数の選択は妥当なものであったと考えられまは組み上げられて８素子の送受信 RF 部が構成されましす。走査角（あるいは走査幅）は、大きいほど良いわけた。その後 IF 部を加え、⑴のアンテナと共に８素子のですが、走査角が大きくなると、アンテナビーム幅とパアクティブフェーズドアレーレーダ（１/16スケールのルス幅で決まる降雨散乱体積の鉛直分解能が急激に劣化

ブレッドボードモデル、BBM：Bread Board Model）

すること、サイドローブから混入するグラウンドクラッ

を構成し、地上より降雨観測実験を実施しました。アンタが増加すること、一つのアングルビン（アンテナビー

テナ部は東芝、それ以外の送受信部等の試作は日本電気

ムが指向する方向）方向の独立サンプル数を一定数以上にお願いしましたが、全面的な協力を得ることができ、確保する必要があることなどの条件から走査角はむやみ

アクティブフェーズドアレー方式の降雨レーダがには大きくすることは出来ません。独立サンプル数を確TRMM 降雨レーダとしての基本的な機能性能を満足す

保するためにアンテナビームは、鉛直下方向を中心にしることを確認しました。⑴の TRMM BBM 8素子の導て、衛星の進行方向に直交する平面内を往復走査する方

波管スロットアレーアンテナおよび⑵～⑷の部品を組み式を採ることにしました。アンテナビームが走査範囲を上げられた TRMM BBM ８素子の送受信 RF 部をそれ

隙間無く走査するには、衛星が水平分解能の約４ km のぞれ図２、図３に示します10）。

距離を移動する時間の間（衛星の地表軌跡の移動速度を7.3 km/ 秒とするとき、約0.6秒となる）に ±17°の範囲を走査する必要があります。この様な高速でアンテナ

図２

ビームを走査するには、機械的な走査方式は困難で電子的な走査に頼る方が現実的となります。降雨レーダの概TRMM 降雨レーダ BBM8素子導波管
10）スロットアレーアンテナ（NICT 提供）

念設計において、レーダタイプを選択する主要技術課題
として、⑴パルス圧縮方式か、通常の非圧縮パルスレー
ダか、⑵パッシブアレー方式か、アクティブアレー方式
か、⑶導波管スロットプラナーアレーアンテナ方式かオ
フセットシリンドリカルパラボラアンテナ方式か、の三点が比較検討されました。結論的には、パルス圧縮方式は採用せず、搭載性の観点から小さい占有面積を持つ導波管スロットプラナーアレーアンテナを持つアクティブ
フェーズドアレー方式のレーダを選びました。アクティ

図３

10）
TRMM 降雨レーダ BBM8素子送受信 RF 部（NICT 提供）

ブアレー方式とは、アレー素子のそれぞれに移相器と固体増幅器（SSPA：Solid State Power Amplifier）、低雑

通信総合研究所における BBM による機能性能確認

音増幅器（LNA：Low Noise Amplifier）の能動素子を後、1991年度以降実際の衛星搭載用の降雨レーダのエン組み合わせる方式をいいます。アクティブアレー方式は、

ジニアリングモデル（EM：Engineering Model）、プロ

素子数が多く、構成が複雑で重量が大きくなる反面、少トフライトモデル（PFM：Proto Flight Model）開発の数のアレー素子が故障しても、それがレーダシステム全ために TRMM 降雨レーダプロジェクトは宇宙開発事業

体の大きな機能低下に結びつかないという利点を有しま団に引き継がれました。TRMM は、郵政省から宇宙開す。結局のところ、素子数が多く構成が複雑で重量が重発委員会に対して1987年夏に「研究」要望をした後、くなるという欠点を有するものの、フェールセーフ機能

1988年、1989年と「開発研究」要望をしましたが認めらを持つアクティブアレー方式を採用することにしまし

れず、二浪したあと、1990年夏の宇宙開発委員会の決定12）に従って、ようやく「開発研究」に位置づけられました。

た 。
フィージビリティスタディ終了後、通信総合研究所は、

これは、H-II ロケットが TRMM のために割り当てられTRMM 降雨レーダの機能性能を確認するための主要部ることを意味しています。宇宙開発委員会の文言により品（クリティカルコンポーネント）の試作を国内企業のますと、「熱帯降雨観測衛星（TRMM）は、日米協力に協力を得て1988年～1990年に渡って実施しました。これ

より、我が国が衛星搭載用降雨レーダ及び H-II ロケッ

らの主要部品は、⑴８素子の導波管スロットアレーアン

トによる打ち上げ等を担当し、米国が衛星バス等を担当― 14 ―

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岡本

退任にあたって（研究生活を振り返って）して、全地球的規模のエネルギー収支のメカニズム解明

測周波数は、10.65、19.35、21.3、37、85.5 GHz の５周波数等に不可欠な熱帯降雨の観測等を目的とする衛星であを持ち、21.3GHz 以外は、垂直偏波と水平偏波の受信がり、平成７年度頃に打ち上げることを目標に、同衛星搭

できる９チャンネルの全電力タイプの受信機から構成さ

載用降雨レーダ等の開発研究を行う。」でした。実際のれます。入射角49°の円錐状機械的走査を行い、走査幅はTRMM の打ち上げは、さらに２年遅れた1997年（平成760 km です。水平距離分解能は、６～50 km です。海上９年度）になりました。

の降雨観測には、主に低い周波数帯による降雨からの放12）TRMM について以下ご紹介します 。TRMM は、

射の観測データが用いられ、陸上の降雨観測には高い周1997年11月28日午前６時27分に種子島から H-II ６号機

波数帯による降雨上空の雪氷の散乱の観測データが利用で打ち上げられた日米共同の人工衛星であり、エルニー

されます。VIRS は、観測波長が0.63、1.61、3.75、10.8、12

ニョ現象を初めとする地球的規模の気候変動に影響を及

μm の５波長であり、走査幅720 km のクロストラック（衛ぼす熱帯および亜熱帯降雨を観測することを目的としま星進行方向と直角）走査を行い、水平距離分解能は２ km

す。TRMM の軌道は、高度350 km（衛星のミッションです。可視から赤外までの５つの波長の放射を受信し、寿命を延ばすために2001年８月から、大気密度の薄い高雲画像を取得します。降雨レーダは、雨滴によるレーダ

度402.5 km に上昇）
、軌道傾斜角35°の円軌道であり、経送信電波の散乱電力を受信して、降雨強度を推定します。

度0°～360°、緯度±35°の範囲を緯度経度5°×5°のセルに

降雨レーダは、パルスレーダであり、レンジ方向の分解

分けて、各セル毎の月平均降雨強度を20% の精度で観能を持ちます。これによって降雨の三次元的構造を観測測することを目的としています。軌道傾斜角35°を取っすることが可能であり、これまで観測が困難であった台

たのは、熱帯、亜熱帯降雨（特に梅雨前線）の観測頻度

風やハリケーンの内部構造を観測することに成功してきを増やすためでしたが、これによって同時に、様々な地ました。また、エルニーニョの時期と通常の時期とでは、方時刻で降雨観測を行うことが出来るようになりまし

降雨の全世界的な分布が大きく異なることを明確に示す

た。通常の地球観測衛星は、極軌道に近い軌道傾斜角をことに成功しました。また、TRMM 衛星は、この他に、有する太陽同期軌道を取り、地方時がほぼ同じ時刻にお雲及び地球放射エネルギー観測装置（CERES：Clouds

いて地表面を観測します。しかしながら、降雨の日周変and the Earth’s Radiant Energy System）と雷観測装置化が顕著な熱帯・亜熱帯（特に陸上）において、特定の（LIS：Lightning Imaging Sensor）と呼ばれるセンサを

地方時のみ降雨を観測すれば、観測降雨強度にバイアス搭載しています。CERES は、可視から赤外までの広いスを持つことになるので、TRMM 衛星は様々な地方時刻

ペクトル帯の雲および地球表面からの放射を受信します。

で降雨観測を行う必要があります。

LIS は、雷の放電頻度の地球規模での分布を測定します。
7）

TRMM 衛星の設計は、３年でしたが、1997年11月28日のTRMM 衛星の外観を図４に示します 。

打ち上げ以来、設計寿命を遥かに超えた現在に至るまで、16年以上も降雨データを収集しつつあります。この間、
CERES 以外のセンサは、不具合なく動作しデータの収集を続けています。降雨レーダについては、2009年５月29日～６月18日の期間に異常が発生し運用を一時停止しましたが、周波数変換とシステム制御・データ処理を行っている装置を冗長系へと切り替えた結果、復旧しその後は正常に観測を続けています。また、衛星の本体である
図４

バス機器も太陽電池パドルの駆動系に劣化が見られる以7）
TRMM 衛星外観図（JAXA 提供）

外は順調に動作しています。TRMM 衛星は、軌道制御用

TRMM 衛星は、降雨観測用のセンサとしてマイクロ波
放射計（TMI：TRMM Microwave Imager）、可視赤外の残燃料が残り僅かになって来ましたので2016年頃までの運用が期待されています12）。

放射計（VIRS：Visible Infrared Scanner）ならびにわが国が世界で初めて開発した衛星搭載用降雨レーダ PR

４（Precipitation Radar）を搭載しています。TMI は、米TRMM 降雨レーダデータ解析処理用アルゴリズムの研究開発

国の軍用気象衛星 DMSP 搭載のマイクロ波放射計 SSM/

衛星搭載用の世界初の降雨レーダは、通信総合研究所

I の流れを汲む機械的走査型のマイクロ波放射計です。観

における BBM 開発と機能確認実験の後、宇宙開発事業― 15 ―

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団のプロジェクトとなり、我が国で開発されることにな

験とポテンシャルの差でしょうか？しかし、科学研究はりました。降雨レーダが直接観測する物理量は、降雨減

TRMM 計 画 に お い て 日 米 対 等 で し た か ら、 こ の 際

衰の影響を含んだ降雨からの散乱因子です。降雨散乱因NASA の優れた研究者を巻き込んで日米で協力してア子から降雨強度を算出するには、アルゴリズムが必要不

ルゴリズムを開発するのが筋道と考えて降雨レーダチー

可欠になります。我が国が提供するセンサで取得する

ムリーダーの公募に応募することにしました。プロポー

データを処理解析して全世界のユーザに提供するのは、ザルの書き方については、畚野室長時代にスペースシャ

我が国の義務です。このことは、最近の我が国の衛星搭

トル搭載合成開口レーダ SIR-B 実験に応募した経験が

載地球観測センサの開発では、当然のことと考えられるありましたので、ある程度は分かっていました。結局、ようになって来ました。
米国においては、
昔から衛星デー

私が TRMM 降雨レーダチームのリーダーに応募し、同タのユーザである科学者がミッション提案をしてきたわじ研究室の古津年章主任研究官が、チームメンバーに応けですから、当然提案する研究者は、取得後のデータ解募しました。1990年10月の締め切りぎりぎりまでかかっ

析についても造詣があるのが普通の姿であったわけでてプロポーザルを書き上げて NASA 本部に郵送しましす。TRMM についても米国側は、そのデータ解析アル

た。あまり英語に自信はありませんでしたが、NASA

ゴリズムについては衛星を打ち上げて生データが出てくは専門家による Peer Review を割りと公平にするのでる前から用意しておくべきことと考えていました。当時可能性は少しはあるかなと思っていました。
結果的には、は、我が国では残念ながらそのための実施体制が取られ1991年２月に選考結果が届いて、私は、TRMM 降雨レーていませんでした。私も、航空機搭載雨域散乱計のデー

ダチームのリーダーに、古津氏は TRMM 降雨レーダ

タ解析において降雨減衰補正の問題が難しく、減衰が大チームのメンバーに選ばれました。他の降雨レーダチー

きいときには、通常用いられるヒッチフェルド・ボルダ

ムメンバーは、NASA／GSFC のボブ・メネギーニ博士、ン（Hitschfeld-Bordan）法が発散してしまうので、何ジェット推進研究所（JPL）のイーストウッド・イム（E.

かいい方法はないかと考えていました。海面エコーの降Im）博士、NASA／GSFC を退職したコンサルタント

雨減衰を一つの制限条件に加えて発散を抑えるという方のアトラス博士でした。マイクロ波放射計のチームリー法は試みていましたが、アルゴリズムを導くところまで

ダーは、NASA／GSFC のトム・ウィルハイト博士が選は進んでいませんでした。TRMM 降雨レーダの周波数ばれました。1991年の５月に第一回の TRMM サイエンは13.8 GHz ですから、降雨減衰の影響は無視できませスチーム会合が米国メリーランド大学で開催され、降雨ん。降雨レーダの開発プロジェクトは開発予算額から考レーダチームは活動を開始しました。その後、NASA

えてもいずれは宇宙開発事業団に移行することはわかっと宇宙開発事業団の共同の研究公募（NRA-94-MTPE-01ていましたので、TRMM 降雨レーダアルゴリズムにつ／JRA-93-002）が1993年に発行されました。この研究公いては、通信総合研究所で開発したいと密かに考えてい募によって、日本側の降雨レーダチームと米国側の降雨ました。この様な中で1990年６月に NASA は、TRMM

レーダチームの両方のチームリーダーを私が担当するこサイエンスチームを組織するための研究公募（NRA-90-とになりました。日本側の降雨レーダチームに北海道東OSSA-15）を発行しました。この公募の大きな目的の一

海大学の阿波加純氏、通信総合研究所の熊谷博氏、井口

つは、TRMM 搭載の降雨観測センサごとのデータ処理

俊夫氏が加わることになり、アルゴリズムの骨格も出来

解析アルゴリズムを開発することでした。NASA は通始めました。降雨レーダアルゴリズムは、この後、打ち常米国国内の研究者に研究費の支援をする方法としてこ上げ後も含めて何回も改定作業を繰り返します。私は、のような研究公募を発行します。国外の研究者には研究

2005年１月に発行された Version ６まではチームリー費は支給されません。しかし、NASA は、全世界に向かっダーを務めたのですが、2011年６月に Version ７を作て応募を solicit（懇願）していました。誰でも意欲があ成する最終段階で病気のためにリタイアし、情報通信研

れ ば 応 募 で き た の で す。NRA（NASA Research

究機構（郵政省通信総合研究所は、行政改革の結果2004

Announcement）は明確に降雨レーダアルゴリズム開発

年４月に独立行政法人を 重 要 な 公 募 の 目 的 と し て い ま し た。NRA に は、の井口俊夫氏が降雨レーダチームリーダーを引き受けてNASA は降雨レーダチームを作る、このために降雨レー

くれることになりました。
現在の TRMM 降雨レーダアルゴリズムについて以下

ダチームリーダーをチームメンバーとは独立して公募すると書かれていました。NASA に一歩先んじられたと

情報通信研究機構として発足）

紹介します12）、13）。

思いました。彼我の衛星データを利用した科学研究の経

アルゴリズム及びそのプロダクトは、処理のレベルに― 16 ―

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退任にあたって（研究生活を振り返って）応じて、Level １、２、３と分類されます。Level １、換し、レーダ受信電力値（信号＋雑音）および雑音値（ノ２は、各瞬時視野方向のデータです。Level １は、レーイズレベル）を与えます。また、受信電力の大きさとあダ固有の工学値（受信電力値、ノイズレベル）及び降雨

らかじめ定められた閾値を比較して降雨の有無を判定し減衰を含んだレーダ反射因子を与えます。Level ２は、ます。1C21は、降雨減衰の影響を含んだレーダ反射因

降雨強度、地表面の散乱係数σ0、及び降雨に関する定子のレンジプロフィールを与えます。2A21は、降雨域

性的な情報（ブライトバンドの有無、降雨タイプの分類）におけるパス積分減衰値（PIA）及びその信頼度の値をを与えます。13.8 GHz の周波数は、降雨減衰の影響を与えます。また、2A21は無降雨時においては、地表面受けるため、降雨減衰の補正を行ったレーダ反射因子おの散乱係数σ0の値を算出します。PIA は、2A25におい

よび降雨強度を算出する必要があるので、このための特て表面参照法（SRT）を用いて降雨強度を算出するとき

別のアルゴリズムが整備されています。Level ３は、に用いられます。無降雨時の散乱係数σ0 は、PIA 算出

Level ２のプロダクトを時間的、空間的に平均し、緯度の基準として用いられます。2A23は、ブライトバンド

経度5°×5°または緯度経度0.5°×0.5°の各格子における降の有無を判定し、ブライトバンドがあるときはその高さ、

雨パラメータの月平均値を算出します。代表例は、月平

厚さ、レーダ反射因子を求めます。降雨タイプは、レー

均降雨強度です。図５に、PR アルゴリズムシステムのダ反射因子 Z の鉛直分布および水平分布を考慮して、フローならびに相互のアルゴリズムの入出力関係を示し

層状性降雨、対流性降雨、およびその他の降雨に分類さます。また、各アルゴリズムの名称およびプロダクトをれます。ブライトバンドのあるときは、層状性降雨と分表２に示します12）、13）。

類しています。また、孤立した背の低い雨は、対流性の1B21は、レーダエコーのディジタル値を工学値に変降雨と分類しています。2A25は、降雨減衰補正を施したレーダ反射因子 Z を推定し、その値から妥当と考えられる Z-R 関係を用いて降雨強度 R に変換するという方 針 を 取 っ て い ま す。3A25 は、1C21、2A21、2A23、2A25の緯度経度5°×5°または、0.5°×0.5°の領域における月毎の統計値（度数、平均値、標準偏差、ヒストグラム、
相関係数）を計算します。この中で特に重要なものは、
緯度経度5°×5°の領域の月平均降雨強度です。3A26は、多重閾値法という統計的手法を用いて、降雨強度分布を
対数正規分布と仮定したときの緯度経度5°×5°の領域の
月平均降雨強度を3A25とは独立に算出します。

図５

TRMM 降雨レーダアルゴリズムフロー12）、13）

表２

TRMM 降雨レーダ標準アルゴリズム12）、13）

プロダクト
番号
1B21
1C21
2A21

2A23

2A25

3A25
3A26

名

称

PR calibrationレーダ較正
PR reflectivities
レーダ反射因子
Surface scattering
coefficient σ0
表面散乱係数σ0
PR qualitative
降雨レーダ定性値

プロダクト

全受信電力、雑音電力、降雨の有無の判定、クラッタ汚染フラグ
降雨減衰補正なしのレーダ反射因子
Zm のプロフィール
σ 0 の経路積分減衰量（PIA）（降雨時）及びその信頼性。
σ0のデータベース（海陸、無降雨時）
ブライトバンドの検出、ブライトバ
ンドの高さ、強さ、厚さ、背の低い孤立した雨の検出、降雨タイプ分類、
降雨の有無の判定フラグの出力、雨の頂の高さの出力。
降雨減衰補正したレーダ反射因子、
3-D PR profile
降雨プロフィールの 降雨強度のレンジプロフィール、見積もられた表面降雨強度、二つの高３次元分布度（２、４km）間の平均降雨強度
レーダプロダクトの 1C21、2A21、2A23、2A25 プ ロ ダ
月平均値
クトの緯度経度5°×5°または0.5°×
0.5°セルごとの月平均値
閾値法による降雨強 閾値法を用いた降雨強度の度の時空間平均値
5°×5°×１ヶ月の時空間平均値

アルゴリズム2A25を用いて、TRMM 降雨レーダによって観測された海上の台風の中の降雨強度分布の水平
分布、鉛直分布が始めて得られました。図６は、この例を示します14）。
2000 年 ８ 月 ２ 日 に 観 測 さ れ た 台 風８ 号 の 眼 の 上 をTRMM 衛 星 が 丁 度 飛 行 し て い ま す。 左 図 は、 高 度
２ km における降雨強度分布が背景のひまわりの赤外雲
画像に重ね合わせて表示されています。TRMM 降雨
レーダの走査幅215 km が白い二本の線で示されています。TRMM 降雨レーダは広い範囲は走査できませんが、可視・赤外画像では得られない雲の下の降雨域を明瞭に捉えています。台風の目を囲んで降雨強度が30 mm/h以上の領域が観測されています。右図は、台風の目を含む鉛直面内の降雨強度の鉛直分布を示しています。図７
は、3A25によって求められた月平均降雨強度分布図です14）。エルニーニョ期（上図：1998年１月）とラニーニャ期（下図：1999年１月）の高度２ km に於ける月平均降― 17 ―

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ではないかと期待されています。
５ 衛 星による高精度高分解能全球降水マップの作成15）、 16）

地球的規模の降水分布とその変動は、人間活動や社会システムに重要な影響を及ぼします。信頼性のある観測データに基づく地球的規模の高精度高分解能降水マップの作成は、気候変動に伴う降水量変動のモニタリング、
水循環モデルの構築、私達の生活に密接にかかわっている水資源管理および農業生産性予測等の社会基盤にとって必要不可欠なものです。地上雨量計による観測は本質
図６

 RMM 降雨レーダで観測された台風内の降雨の３次元分布
T
14）（JAXA 提供）

的に点観測であり、全地球規模の降水量の時間空間変動を正確に測定することは困難です。このため、衛星からのリモートセンシングがほぼ唯一の手段となります。

雨強度の分布の比較を示します。ラニーニャ期では、図2002年11月に、科学技術振興機構戦略的創造研究推進

７の下図に示すように、インドネシア諸島周辺で降雨強事業チーム型研究（CREST）における研究領域「水の度が強く、熱帯収束帯に沿って降雨域が延びており、そ循環系モデリングと利用システム」の中の研究課題のひの下の中部太平洋の赤道域では雨が少ないです。

とつとして「衛星による高精度高分解能全球降水マップの作成」が選ばれました。当時大阪府立大学にいました
私が研究代表者を務め、2008年３月までチーム型の研究を実施しました。研究チームのニックネームとして、また開発中のアルゴリズムの名称や作成した全球降水マッ
プ の 名 称 と し て GSMaP（Global Satellite Mapping ofPrecipitation）が用いられました。
本研究は、TRMM 降雨レーダを参照しながら、今後益々多くの衛星に搭載することが期待されている数機の衛星搭載マイクロ波放射計の観測データを解析するための信頼できる降水物理モデルに基づいた降水強度推定ア
ルゴリズムを開発し、静止衛星の可視・赤外放射計デー
タをも総合的に利用して全地球の高精度高分解能降水

図７

TRMM 降雨レーダで観測されたエルニーニョ期（上図：1998年１月）とラニーニャ期（下図：1999年１月）の降雨強度分布（JAXA 提供）14）

マップを作成することを目的としました。本研究チームには、大阪府立大学、情報通信研究機構、宇宙航空研究開発機構、気象研究所、防災科学技術研究所、島根大学、

ラニーニャ期には、東風の貿易風が強く、東太平洋のペルー沖から湧きあがる冷たい海水が通常期よりもさら

北海道東海大学、東京大学、大阪大学、首都大学東京、
科学技術振興機構から約30名が参加しました。

に西の日付変更線あたりまで運ばれて来ますが、通常期研究チームは、このために、地上レーダ観測グループ、との区別がエルニーニョ期ほど明確ではありません。エ

降水物理モデル開発グループ、降水強度推定アルゴリズ

ルニーニョ期に於いては、
図７の上図に見られるように、

ム開発グループ、及び全球降水マップ作成グループの４

降雨強度の強い領域は中部から東部太平洋にかけて広グループを組織し、相互に連絡を密にして研究を進めまがっています。この様に、エルニーニョ期に於いては、した。図８に研究全体の構成を示します16）。

降雨強度と海水温度の分布が通常期やラニーニャ期と大地上レーダ観測グループでは、高機能・高精度な地上きく異なります。エルニーニョ現象は、熱帯太平洋を取

降雨レーダ群を用いて、定常観測と集中観測によって降り巻く大気と海洋の相互作用の結果、降雨、風、海面温雨の三次元構造を詳細に観測し、降雨情報（特に、降水度のいずれもが通常期とは違った振る舞いを示すことが粒子の鉛直プロファイル）についてのデータベースを作

TRMM 観測データから明瞭に見られ、これらのデータ

成し、降水物理モデル開発グループの利用に供しました。

の解析を通してエルニーニョ現象の原因解明に繋がるの― 18 ―

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退任にあたって（研究生活を振り返って）バル部分において、最も良く観測輝度温度データを再現できる降水強度の値を決定します。また、リトリーバル
部分では、陸上、海上、ならびに海岸における降雨有無の判定、降雨の非一様性補正などを実施しています。

図８

GSMaP 研究全体の構成16）

降水物理モデル開発グループでは、TRMM 降雨レー

図９

ダデータベースや地上レーダ観測データベース等を用い

GSMaP マイクロ波放射計アルゴリズムの概要16）て、降水を特徴づける物理量である、降水タイプ分類、

図10に示す様に、GSMaP 降水強度推定アルゴリズム

降水の鉛直プロファイル、雨滴粒径分布、融解層の構造、を用いて、衛星搭載の様々なマイクロ波放射計データ

対流性降雨と層状性降雨の分類などについて、放射伝達（TRMM／TMI、Aqua／AMSR-E、ADEOS-II／AMSR、方程式に利用可能な降水物理モデルを作成しました。降

DMSP-F13、14、15／SSM/I など）を解析します。

水強度推定アルゴリズム開発グループでは、降水物理モ
デルに基づいてマイクロ波放射計アルゴリズムの開発を行いました。
同アルゴリズムは、
マイクロ波放射計によって観測された各周波数における輝度温度と、降水物理モ
デルを取り入れた放射伝達方程式によって計算される輝度温度との差が最も小さくなるような降雨量を、最小二乗法により推定するアルゴリズムです。全球降水マップ
作成グループは、開発したアルゴリズムを用いて種々の衛星データから降水強度を算出し、それらを合成して全球の降水マップを作成・評価しました。
研究チームは、世界の最先端を行く決定論的手法に基づく独創性のあるわが国初のマイクロ波放射計アルゴリ
ズム GSMaP を開発しました。また、赤外放射計の雲画像データから計算した雲移動ベクトル情報にカルマン

図10

GSMaP アルゴリズムプロダクトの構成

フィルタを加えた手法をマイクロ波放射計アルゴリズムが推定した降雨強度分布の補間に用いて、降水推定精度

TRMM、Aqua、ADEOS-II、DMSP-F13、14、15 がが良く、サンプリング誤差も少ない、マイクロ波放射計

人工衛星名、スラッシュ（／）の後の TMI、AMSR-E、と赤外放射計データの両方の長所を融合した、高時間・AMSR、SSM/I が各衛星に搭載されたマイクロ波放射

高空間分解能の全球降水マップを作成するアルゴリズム

計名です。数機のマイクロ波放射計データのみを用いてをも開発しました。

全球の降水観測を行う場合には、衛星軌道に基づいて集図９に開発した GSMaP マイクロ波放射計アルゴリズ

められる観測データの間に隙間が生じてしまいます。こムの概要を示します16）。同アルゴリズムは、フォワードのために、静止衛星の赤外データより雲移動ベクトルを計算部分で、降水物理モデルを取り入れた放射伝達方程

算出し、この移動ベクトルに基づいて数機のマイクロ波式に基づいて輝度温度と降水強度の関係を表すルック

放射計データより算出した全球降水分布の隙間の補完をアップテーブルを作成し、アルゴリズム本体のリトリー行います。この操作によって、高時間・空間分解能の全― 19 ―

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球降水マップを作成します。現在は、緯度経度0.1°×0.1°

球降水マップの作成と評価 2008年４月～2011年３月、代表格子点ごとに１時間分解能の全球降水マップを作成して者：重尚一）による支援を受け、人工衛星搭載のマイクロいます。

波放射計ならびに赤外放射計データを用いて高精度高分解

図11に、GSMaP 全球降水マップの一例として TRMM／

能の全球降水マップを作成している世界の研究機関が参加

TMI、Aqua／AMSR-E、ADEOS-II／AMSR、DMSP-F13、している国際的な研究グループである IPWG（International

14、15／SSM/I のマイクロ波放射計データのみを合成した

Precipitation Working Group）／PEHRPP（Program to

1998年～2006年の９年間の月平均降雨量の降水マップを示し

Evaluate High Resolution Precipitation Products）にわがます16）。緯度経度0.25°× 0.25°格子点ごとのデータです。降雨

国を代表して参加し、レーダー・アメダス解析雨量マップを

強度の単位は、mm/month です。

用いて、日本周辺の GSMaP ならびに NASA、米国海洋大気庁（NOAA）等の各国研究グループ作成の高時間・高空
間降水マップの検証を実施しました。この検証に関わる研
究は、2011年４月以降は、JAXA／EORC の降水観測ミッション（PMM：Precipitation Measuring Mission）サイエ
ンスチームの下に移行しています18）。
図13に示すのは、GSMaP の日本周辺の降雨分布図（左図）と検証・評価用の地上レーダ・アメダス解析雨量の図（右図）です。この例は、2005年７月８日のもので、右図の地上データを真値と考えたとき、左図の衛星デー
タから作成された GSMaP は、相関係数0.881と比較的高図11い値を示しています。

GSMaP 全球降水マップの一例（GSMaP_MWR）

16）

GSMaP アルゴリズムは、その後、宇宙航空研究開発機構地球観測研究センター（JAXA／EORC）において、
準リアルタイム処理ができるように改良されて、図12に示すように、2007年11月からは、GSMaP アルゴリズムの準リアルタイム版として、地球観測衛星の観測データを用いて観測後約４時間の高分解能の世界の雨量分布図「世界の雨分布速報」を作成し、GSMaP_NRT プロダ
クトとして提供しています。またその画像をインター
ネット上で公開しています17）。
GSMaP の検証に関しては、CREST 時代ならびにその後の三井物産環境基金（研究課題名：衛星データを用いた全図13

日本周辺の降水マップのレーダアメダス
解析雨量による検証の例（8 July 2005）

東南アジアの開発途上国を中心とした世界の国々の洪
水の予警報のために GSMaP が利用されている例として、国土交通省が提唱し JAXA が協力している、国際洪水ネットワーク（IFNet）の開発した GFAS（GlobalFlood Alert System：全球洪水予警報システム）があり
ま す。GFAS は、 将 来 の 全 球 降 水 観 測 計 画（GPM：
Global Precipitation Measurement）衛星を念頭に入れ、人工衛星による降水データに基づき洪水が発生する可能性が高い地域を予想し、被害が及ぶ可能性があると思わ
図12

世界の雨分布速報 (JAXA/EORC)（JAXA 提供）

れる世界各国の登録機関・ユーザーに向けて情報を提供― 20 ―

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退任にあたって（研究生活を振り返って）いエクセルを使ってデータ処理をすることにしました。

しているシステムです。
2008年３月の CREST の終了後は、GSMaP の活動はその一部をご紹介致します。

GPM 計画における JAXA／EORC の PMM サイエンス

TRMM 降雨レーダで観測された降雨量を元に全球チームの中で実施されています。CREST 時代に開発さ（緯度±37°の範囲）の降雨量の10年程度のトレンドをれた GSMaP アルゴリズムの様々な観点からの改良を目調べました。使用したデータは、TRMM 3A25データの的とし、GPM プロダクトとして全球降水マップを作成

緯度×経度が0.5°×0.5°のセルの月平均降雨量です。最します。

初に日本の30都市における地上雨量計との比較について報告します19）。

６

TRMM 降雨レーダデータと地上雨量計の比較を行う

TRMM 降雨レーダで観測した全地球の降雨量の最近ために日本の30都市（千葉・東京・横浜・静岡・名古屋・のトレンド

2008年４月に大阪府立大学から鳥取環境大学に移りま津・彦根・京都・大阪・和歌山・姫路・徳島・高松・岡した。研究については、科学研究費基盤研究C2007年度

山・福山・松山・呉・福井・敦賀・豊岡・鳥取・松江・～2008年度「新しい衛星搭載複合型降雨観測システムの境港・浜田・福岡・延岡・大分・鹿児島・那覇・与那国開発に関する研究」（課題番号：19540466）、2010年度～

島）における1997年12月から2010年２月の期間の地上測2012年度「次世代の衛星搭載複合型マルチパラメータ降定月降雨量と TRMM 降雨レーダが観測した月平均雨量

水 観 測 シ ス テ ム の 開 発 に 関 す る 研 究」（課 題 番 号：の散布図を図14に示します19）。

22540453）の研究課題を研究代表者として、大阪府立大学、京都大学の共同研究者と一緒に研究しました。宇宙航空研究開発機構からの受託研究「TRMM 降雨レーダ
標準アルゴリズムの高度化についての検討」については、
2011年度に病気をしましたので、2010年度で終了しました。
鳥取環境大学に移ってからは、学部学生の卒論を見ることになりましたので、「TRMM で観測した全世界の降雨のトレンドについての研究」を自分の研究テーマ兼学部学生の卒論のテーマとして取り上げることにしました。地球の温暖化が進む中で、全地球の降雨量の場所的、時間的変化が問題になっています。
しかし、地上観測デー

図14

 本の30都市における地上雨量計と TRMM／PR が観測し日
19）た月平均降雨量の比較（1997年12月～2010年２月）

タでは、降雨量の増減トレンドは場所的な変化が大きく、温暖化との関係では全地球的な増減のトレンドは見られない様です。

地上測定月雨量は、気象庁の Home Page の雨量デー
タを用います。TRMM 降雨レーダが観測した月平均雨

全地球の平均降雨量が自然の変動を越えて上昇するの量は、TRMM 3A25データにおいて各都市の緯度、経度

は、温度シグナルよりもゆっくり進むことが予測されまが含まれる0.5°×0.5°のセルのデータを用います。両者のす。一方では、世界の多くの地域において日降水量でみ相関係数は、0.54であり、Bias 誤差は、－20.4％であり、た大雨現象の増加傾向が報告されています。地球的規模

TRMM 降雨レーダが観測した月平均降雨量は、地上雨の降雨量の変化は100年規模の現象であり、衛星による量計に比べて降雨強度を過小評価する傾向があることが10年程度の観測データの変化からその傾向について述べ分かります。これは、降雨が時間的、空間的に変動が大るのは尚早ですが、TRMM は、地上観測では困難な海きいため、TRMM 降雨レーダ１台のみの観測によるサ

上の雨の観測が可能ですし、10年以上の観測データの蓄ンプリング誤差等の影響と考えられます。表３は、1997

積もあることから調べてみることにしました。実際の衛年12月から2010年２月の期間において、日本の30都市で星観測データに触れることは、環境政策学科、環境マネ

地上雨量計が測定した月降雨量と TRMM 降雨レーダがジメント学科の学生の卒業研究のテーマとしてもふさわ

観測した月平均雨量の散布図を元に計算した相関係数のしいのではないかとも考え、TRMM 搭載降雨レーダの値とバイアス誤差（％）を示します19）。

観測データを利用することにしました。レベル３の月平

高松、岡山、福山、松山等の瀬戸内側の都市が、0.65程

均値のデータが取り付きやすいので、学部生でも使い易度の概して大きな相関係数と数％程度の小さなバイアス― 21 ―

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鳥取環境大学紀要

表３

第12号

 本の30都市で地上雨量計が測定した月降雨量と TRMM
日
降雨レーダが観測した月平均雨量の相関係数の値とバイア
19）
ス誤差（％）

千

葉

相関
係数
0.48

東

京

0.62

－26.4

0.65

－12.6

横

浜

0.48

－8.0

福

井

0.35

－41.8

静

都市名

バイアス
都市名
誤差（％）
－17.5
松 山

相関
係数
0.69

バイアス
誤差
（％）
－11.9

呉

岡

0.58

－19.0

敦

賀

0.23

－27.2

名古屋

0.70

－16.0

豊

岡

0.40

－29.6

津

0.61

－15.9

鳥

取

0.28

－29.5

彦

根

0.58

－22.5

松

江

0.48

－17.2

京

都

0.54

－21.6

境

港

0.42

－32.2

大

阪

0.50

－9.7

浜

田

0.18

－56.7

和歌山

0.57

－16.0

福

岡

0.68

－18.8

姫

路

0.61

－5.5

延

岡

0.53

－12.6

徳

島

0.66

－22.7

大

分

0.66

－3.1

高

松

0.65

2.0

鹿児島

0.60

－1.3

岡

山

0.66

5.0

那

覇

0.56

－40.5

福

山

0.63

－5.6

与那国

0.40

－30.9

海上（73259個＝69.7％）、陸上（23136個＝22.0％）、海岸（4768個＝4.5％）、その他の領域（3938個＝3.7％）で
した。

図15

海陸分類図

2001年８月から2010年10月までの期間における各月の全地球の月平均降雨量を求めてそのトレンドを図16に示します。

誤差を有する半面、敦賀、鳥取、浜田等の日本海側の都市は、概して小さい相関係数と大きなバイアス誤差を有することがわかります。TRMM／PR は、降雪を観測することができないための影響かもしれないと推測されます。
TRMM 衛星データを用いて地球温暖化が進む中、最近の降雨量の増減のトレンドについて調査することを試みました。TRMM 降雨レーダの感度が同一条件での月平均降雨量のトレンドを調べるために TRMM の軌道高

図16

全地球における月平均降雨量のトレンド20）

度が350 km から402.5 km に上昇した2001年８月以降のTRMM 降雨レーダデータを用いることにします。デー

図中の直線は最小二乗法で求められた回帰直線を示し

タ処理においては、TRMM 降雨レーダが観測しているます。図16からは全地球の月平均降雨量は増加傾向にあ

緯度±37°、経度±180°の範囲を、緯度経度0.5°×0.5°のるように見られます。図15において緯度±37°の範囲で、セルに区切り、TRMM 降雨レーダデータ処理アルゴリ

海上と分類された地域のみに対して2001年８月から2010

ズム3A25が算出する各セルごとの月平均降雨量を基に、年10月の期間における月平均降雨量を求めてそのトレン

それらを平均して緯度±37°、経度±180°の範囲内の海ドを図17に示します。図17において月ごとの降雨量の変

上、陸上、海岸、その他の領域、ならびに全地球（海上、動は大きく、降雨量の増減のトレンドについて判断する

陸上、海岸、その他の領域のすべてを含む）の各領域のことは困難です。図15において緯度±37°の範囲で、陸月平均降雨量を算出します。また、月ごとの変動を調べ上と分類された地域のみに対して2001年８月から2010年

るために、１ヶ月を30日に統一する処理を行いまし

10月の期間における月平均降雨量を求めてそのトレンド

た20）。

を図18に示します。陸上の月平均降雨量は海上の月平均

図15は、全地球の領域を0.5°セルごとに海上、陸上、降雨量に比べて約78％程度であることがわかります。図

海岸、その他の領域に分けたものです。図15では青は海

18からは、陸上の月平均降雨量は増加傾向にあるように

上、赤は陸上、緑は海岸、黄色はその他の領域を示しま見られます。図15において緯度±37°の範囲で、海岸とす。図15をもとに、全地球、海上、陸上、海岸、その他

分類された地域のみに対して2001年８月から2010年10月の領域に分類し、それぞれの領域の平均値を算出します。

の期間における月平均降雨量を求めてそのトレンドを図使用した降雨データの平均個数は、全地球（105101個）、

19に示します。海岸と分類されたセル数は全体の4.5％― 22 ―

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岡本

退任にあたって（研究生活を振り返って）に過ぎないので全地球の月平均降雨量に及ぼす影響は小いわれるとおり、美しい中世の城砦都市で、現在はクロさいですが、図19に示すように海岸地域の月平均降雨量

アチアに属します。その後震災の被害を受けましたが、は、海上及び陸上の月平均降雨量よりも大きく、また海

現在は、復興しまた美しい町に戻ったと聞いています。

上及び陸上よりも大きな増加傾向が見られます。2001／2011年９月に、ルーマニアのトランシルバニア地方のシ

08～2010／10の期間において、緯度±37°、経度 ±180°

ビウ市で開催された第６回欧州レーダ気象学と水文学会の範囲において0.5°セルごとの TRMM 降雨レーダの観議に参加しました。シビウ市もイスラム教徒との激戦の測データに基づく月平均雨量は、全球、陸上、海岸で増遺跡を残す中世ヨーロッパの古い町で、屋根に目がある

加傾向を示し、海上では、はっきりした増加傾向は見ら家が特徴的な落ち着いた町並みを持った素敵な町でしれませんでした。

た。ここでも、「宇宙機搭載のレーダとマイクロ波放射計複合システムによる降雨観測」、ならびに「TRMMの現状と TRMM 降雨レーダアルゴリズム」について発表しました。思うに、降雨レーダ以外のことについても
これまで研究を続けてきたのですが、30年以上、衛星からの降雨のリモートセンシングの研究を主要な研究テー
マとして選び、現在に至るまでも同分野で研究を続け、学生の卒論のテーマにも TRMM のデータ解析を今だに選んでいるというようなことになってしまいました。司

図17

馬遼太郎氏の『坂の上の雲』の主人公の一人の「秋山好海上における月平均降雨量のトレンド20）

古」氏は、人間は一生に一事を成せば十分と言っておられるので、なんとなく慰められますが、TRMM 衛星を中心とした衛星からのレーダを用いた降雨のリモートセンシングとそのアルゴリズムならびにそれに関する全地
球の降雨マップ作成の研究で一生を終わりそうです。
TRMM 衛星は、1997年11月28日に打ち上げられ、その後も16年以上も降雨観測を続けています。軌道制御用の燃料が尽きる2016年度頃までは寿命が続くと予測されています。2014年２月28日には、TRMM を継承する GPM

図18

衛星が打ち上げられました。GPM 搭載の13.6 GHz およ

陸上における月平均降雨トレンド20）

び 35.5 GHz の 二 周 波 降 雨 レ ー ダ の 内 の 35.5 GHz は、
TRMM 降雨レーダでは観測できなかった弱い雨や雪の検出に有効であり、強い雨の検出が可能な13.6 GHz と同時に観測することによって、熱帯の強い雨から高緯度の弱い降雪までの降水量を高精度で観測することができるようになることが期待されています。GPM の二周波レーダについては、私の次の世代の研究者に任せておけ
ば十分だと思っています。しかし、TRMM 衛星につい
図19７ては、そのミッションを終了するまでは、その状況を把海岸における月平均降雨量のトレンド20）

握し続けたいと思っています。また、長い間の宿題でし
た TRMM の歴史を纏める作業も宇宙航空研究開発機構

終わりに上述したように、初めて外国に行ったのは、意外と遅く32歳のときでした。今は国が無くなってしまったユー

や情報通信研究機構の支援を受けて続けたいと思っています。

ゴスラビアのドブロブニク市で1978年に開催された第29回国際宇宙航行連盟の総会で、宇宙からの降雨観測用の謝辞

降雨レーダのシステム提案について発表するために出張したのでした。ドブロブニク市は、アドリア海の真珠と図面の提供を頂いた宇宙航空研究開発機構と情報通信研究機構の皆様に感謝の意を表します。

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鳥取環境大学紀要

第12号

11）岡本謙一、阿波加純、古津年章、井原俊夫、真鍋武

参考文献

１）K.Okamoto, S.Miyazaki, and T.Ishida,（1979）“Re-

嗣、中村健治（1995）「熱帯降雨観測衛星（TRMM）

mote sensing of precipitation by a satellite-borne

搭載降雨レーダのシステム検討」『日本リモートセ
ンシング学会誌』Vol. 15, No.4，pp. 66-80

microwave remote sensor”Acta Astronautica Vol.6,

12）岡本謙一、重尚一（2008）「熱帯降雨観測衛星搭載

No.9，pp. 1043-1060

降雨レーダの研究開発とその観測成果」『電子情報２）岡本謙一、尾島武之、増子治信、吉門信、猪股英行、
畚野信義（1982）「航空機搭載用マイクロ波雨域散通信学会論文誌 B』Vol. J91-B, No 7，pp. 723-733

乱計／放射計システムによる降雨のリモートセンシ

13）岡本謙一、石戸喜夫、R.Meneghini,（1998）
「TRMM

ング」
『日本リモートセンシング学会誌』
Vol. 2, No. 3,

降雨レーダアルゴリズム」『日本リモートセンシン
グ学会誌』Vol. 18, No.5，pp. 40-51

pp. 31-51
３）S.Yoshikado, K.Okamoto, H.Masuko, N.Fugono,14）NASDA パンフレット（2003）『熱帯降雨観測衛星（TRMM）』4p

K.Nakamura, J.Awaka, and H.Inomata,（1981）“Simultaneous Observation of Precipitation by the15）K.Okamoto, T.Iguchi, N.Takahashi, K.Iwanami andAirborne Microwave Rain-Scatterometer/Radiome-

T.Ushio,（2005）The Global Satellite Mapping of Pre-ter and the Ground-based Weather Radar System”,

cipitation（GSMaP）project, 25th IGARSS Proceed-

ings , pp. 3414-3416

Preprint Volume of the 20-th Conference on Radar

Meteorology , Boston Mass., AMS, pp. 287-294

16）戦略的創造研究推進事業チーム型研究

CREST 研４）K.Okamoto, S.Yoshikado, H.Masuko, T.Ojima and究領域「水の循環系モデリングと利用システム」研N.Fugono, K.Nakamura, J.Awaka, and H.Inomata,究課題「衛星による高精度高分解能全球降水マップ（1982）“Airborne microwave rain-scattetometer/の作成」（平成14年度採択、平成19年度研究終了報

radiometer” Int. J.Remote Sensing , Vol.3, No. 3, pp.

告書研究代表者：岡本謙一）115p

17）宇宙航空研究開発機構（JAXA） 地球観測研究セ

277-294

ンター（EORC）、世界の雨分布速報

５）岡本謙一、宮崎茂（1990）「通信総合研究所における宇宙からの降雨観測のための研究」『通信総合研（URL：2014年３月３日現在）

究所季報』
Vol. 36, Special Issue No. 11，pp. 11-33

http://sharaku.eorc.jaxa.jp/GSMaP/index_j.htm

６）J.S. Theon,（2003）“My View of the Early History18）京都大学

of TRMM and Dr. Joanne Simpson’s Key Role in

理学教室

Winning Mission Approval”, Meteorological Mono-

Validation/intercomparison of satellite precipita-

graphs , AMS, Vol. 29, No. 51, pp. 175-179.

理学研究科

地球惑星科学専攻

地球物

物理気候学研究室

tion estimates over Japan

７）NASDA パンフレット（1995）『熱帯降雨観測衛星（URL：2014年３月３日現在）（TRMM）』4p. MI950810T

http://www-ipwg.kugi.kyoto-u.ac.jp/IPWG

８）K.Okamoto, J.Awaka, T.Kozu, K.Nakamura, T.Ihara、/sat_val_Japan.html

and T.Manabe,（1988）“Feasibility Study of Rain Ra-19）岡本謙一、椿和也、国好美波、杉原広晃（2012）

dar for the Tropical Rainfall Measuring Mission”, J.

「TRMM 降雨レーダで観測した全球の降雨量のト

of the Communications Research Laboratory , Vol.35,

レンド」『日本リモートセンシング学会 第52回学術

No.145, pp. 109-208

講演会論文集』pp. 303-304

９）阿波加純、岡本謙一、井原俊夫、中村健治、古津年

20）岡本謙一、小林裕典（2013）「熱帯降雨観測衛星搭

章、
真鍋武嗣、
R.Meneghini, and D.Atlas,（1990）「6.4

載降雨レーダで観測した全地球の降雨量の最近のト

降雨レーダ」『通信総合研究所季報』Vol.36, Special

レンド」『第57回宇宙科学技術連合講演会講演集

Issue No.11，pp. 93-106

1C16, JSASS-2013-4053』

10） 岡 本 謙 一（1994）「熱 帯 降 雨 観 測 衛 星（TropicalRainfall Measuring Mission, TRMM） 計 画 に お け（2014年３月３日）

る降水測定システムの研究開発―1993年度堀内基金
奨 励 賞 受 賞 記 念 講 演」
『天 気』Vol.41, No.7，pp.
361-378― 24 ―

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