地球水循環研究センター

地球水循環研究センターにおける現場観測
衛星観測

観測の概要
地球水循環研究センターにおける研究

大気観測衛星（TRMM,GPM,Aqua など )衛星観測技術の飛躍的な発展により、地球全体にわたり気温・湿度・雲・降水などの動態を詳細に観測できるようになった。
さまざまな衛星測器のデータを駆使し、小さな雲の形成から大規模な大気の流れまでをつなぐ気象のしくみを研究している。

雲粒子ビデオゾンデ
気球に繋いだビデオカ
メラが雲内を上昇中にとらえた雲粒子や降水粒子の画像を地上に送る。

海洋表層流観測

雲・降水観測海洋の流れは時々刻々と変化しており、その変化を時空間に捉えることは極めて難しい。海面の高さを測定することで海面流速を観測できる人工衛星と、電波により海面流速を観測できる
海洋レーダを利用することで広範囲の表層流の時空間変化を調べる。（森本昭彦）

大雨や突風をもたらす積乱雲から層雲までの種々の雲と降水系の発生発達機構を調べる観測。地球水循環研究セン
ターでは、共同利用機器のマルチパラ
メータレーダ、雲レーダ（2014 年運用開始予定）、雲粒子ゾンデ受信機を用いて雲の内部構造を調べている。
（上田博、篠田太郎）

水文（土壌水・地下水・地下氷）観測

海洋レーダ

降水の時間空間的変動を観測することができる X バンド（10GHz 帯）のレーダ。偏波の機能を有し、雨粒の粒径分布と雪粒子や霰粒子の識別が可能。

降水とともに雲の時間空間的変動を観測することができる Ka バンド（35GHz 帯）のレーダ。偏波の機能を有し、液体の雲粒と固体の雲粒の識別が可能。

大気境界層観測

GPM計画の概念図

海の色を利用することによって、河川起源の淡水や濁りの挙動や、植物プランクトンの量や種類の変化などを明らかにすることができる。これらは気候変動や人間活動による海洋と陸域・大気の間の物質や熱のやり取り、海洋環境の変化などを理解するために重要である。（石坂丞二）

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陸域生態系観測

GPM主衛星2014年2月28日全球降水観測計画主衛星
打ち上げの様子（JAXA提供）

海色観測地表面からの水蒸気と熱のフラックスを観測し、大気境界層の安定度と雲の発生条件を調べる。

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海洋レーダ

雲レーダ

雲粒子ビデオ
ゾンデ受信機

二周波降水レーダーとマイクロ波放射計を搭載した主衛星と、マイクロ波放射計を搭載した副衛星群からなるスケールの大きな観測計画です。

海洋観測船

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x [km]

海底設置式流速計

z [km]

森林を代表とする植生／陸域生態系は大気との間で熱・水蒸気・二酸化炭素を交換している。植生上端を突き抜けるタワーと微気象的観測機器を利用することで、その交換速度を直接計測することができる。（熊谷朝臣）

当センターでは、地上観測のほか地球観測衛星データを活用した地球水循環研究も推進しています。
JAXAやNASAなどが運用する多数の人工衛星を研究に用いていますが、最近の話題としては、2014年2月28日にJAXA種子島宇宙センターから打ち上げられた全球降水観測計画（GPM）衛星データの初期評価に参加しています。
また、2017年打ち上げ予定の地球変動観測ミッション（GCOM-C）のアルゴリズム開発にも参加しています。特に、地球規模での炭素の循環や漁業生産に関係する海洋の一次生産の推定や、沿岸域での養殖業に被害をもたらす赤潮の分布の推定を研究してます。

海面の流速分布を観測することができる短波帯 (9MHz)のレーダ。レーダサイトから約 200km の範囲の海面流速を 1 時間の時間分解能で測定可能。

マルチパラメータレーダ

マルチパラメータレーダ

大気観測タワー宇宙機関と協力して、河川等の影響によって起こる沿岸の赤潮や一次生産の変化を海色衛星で観測する手法や、海面高度を利用して海洋表層の流動を測定する手法に関して研究を進めている。

航空機による大気観測東シベリア・ヤクーツク
付近の巨大な地下氷

気候変動は植生を介して地下環境に影響を与える。本センター
は、国内外の研究機関との共同により、シベリアを含む環北極陸域の水循環を観測・解析している。( 檜山哲哉）

海洋観測衛星y [km]

漁業活動が盛んな陸棚域において流速の鉛直分布を長期間観測可能。超音波流速計を内部に搭載。

x [km]

衛星データシミュレータ SDSU による疑似衛星観測
SDSU は、数値モデル計算結果に対し疑似的な衛星観測値をシミュレートするソフトウェアである。実際の衛星観測データと比較検証することで、モデルの性能評価に有用である。上列：マイクロ波輝度温度、下段
左：レーダ反射輝度、下段右：赤外輝度温度（増永浩彦）

CReSS-NHOES( 非静力学大気海洋波浪結合モデル）を用いた台風のシミュレーション結果
非静力学大気海洋波浪結合モデル CReSS-NHOES を用いた台風 1204 号のシミュレーション結果。色が海面水温、明度が海洋表層の流速、白い等値線が海面気圧を示す。
沖縄の北東に台風が位置しており、その進行方向右側後面で海面水温の低下と流速の増加が見て取れる。
（坪木和久）

平成26年3月10日22時39分頃（日本時間）に、GPM主衛星が捉えた、日本の東海上（北緯40度、東経167度付近）にある発達した温帯低気圧による降水の強さの分布。左は、DPRによる降水の三次元分布、右はGMIによる
地表面付近の降水の強さです。画像クレジット：JAXA/NASA

雲・降水観測さまざまな雲や降水は大気中の水循環の主要な役割を担っています。
これらについて、雲の粒子、積乱雲ひとつ一つ、積乱雲の集団、さらに地球規模の雲分布などさまざまな現象のスケールを対象として、雲粒子ゾンデHYVIS、マルチパラメータレーダ、気象衛星などを用いて雲・降水の観測を行い、雲の構造やメカニズム、地球大気の水循環における役割などを研究しています。

周防灘の赤潮分布

海洋観測

パラオ共和国でのマルチパラメータレーダと雲粒子ゾンデによる台風の発生初期の雲の観測

北海道東部陸別町でのマルチパラメータ
レーダによる降雪の観測

富士山でのマルチパラメータレーダと雲レーダを用いた雲・降水観測

海洋では微生物である植物プランクトンが光合成を行って有機物を作り出しています。一次生産速度はこの光合成による有機物の作られる速度で、この図で緑の海域は有機物が作られる速度が速い海域で魚類等の生産も高くなっています。一方、青の海域は生産速度の遅い海域で、海の砂漠と呼ばれています。この速度は、温暖化で問題となっている大気中の二酸化炭素濃度にも影響を与えます。

熱帯雨林・北方林観測

熱帯雨林は世界一番多様性の高い生態系が見られ、特に森林の上の方では様々な生物（植物、動物など）を観測することができます。我々はマレーシアの熱帯雨林を中心に現地での植物採取、二酸化炭素の観測などを通して、未だ人類の知らない未知の生態系を調査・研究しています。

多くのセンサーからのデータを記録する装置。

東シナ海や伊勢湾は、陸域からの淡水の供給が多く生物生産の高い海域ですが、一方で人間生活の影響も受けやすい海域です。我々は陸域からの物質の供給や気候変動などの、海洋生態系への影響に関して、他大学と共同で研究をしています。

三重大学の練習船による伊勢湾での観測：海水を採水、水中の光の測定

長崎大学の練習船で東シナ海での観測：
海水の処理、エチゼンクラゲ、動物プランクトンの採集

海洋レーダ観測
海の調査に使われる船の速度は時速18km程度のため、広い範囲で海流を時間的にも空間的に連続で測ることは極めて難しいことです。我々は電波により海の流れを測定する海洋レーダを長崎県の対馬と山口県の相島に設置することで、レーダサイトから150kmの範囲の海流（対馬暖流）を連続的に観測しています。
また、海洋レーダの精度検証などのため流速を測定できる機器を調査船により海中に設置し観測を行っています。

幹の中の水の流れ（樹液流速度）を測定するセンサーの設置。

クレーンで吊り下げたカーゴに乗り、熱帯雨林上部の植物を採取する。

近年の気候変動の影響で、熱帯雨林では水不足が、そして北方林では過剰な雨が原因となって、木々の衰弱や枯死が確認されています。今後の気候変動によって、これらの森林は一体どうなるのか？そして、二酸化炭素の吸収や蒸発散はどう変化するのか？我々はそれを探るべく、熱帯林および北方林で光合成や蒸発散、環境への植物の応答を現地で詳しく調べています。

沿岸で植物プランクトンが大発生すると海水の色が変化して赤潮と呼ばれ、時には養殖している魚を殺したりすることもあります。この図の赤色の部分は、2012年８月３日に周防灘で発生した赤潮の分布を示します。幸いこの赤潮は被害を与えない種類（珪藻類）の植物プランクトンでした。このような情報を利用して、被害を軽減できる可能性があります。

TBSテレビ News23 特集「台風の中を直接観測」の取材の様子

沖縄本島での雲粒子ゾンデによる台風の雲の観測

マレーシアに設置した二酸化炭素観測タワー

海洋の一次生産分布

GCOM-C主衛星

対馬での海洋レーダ設置作業

海底設置式流速計の設置作業
東シベリアのカラマツ林に設置された観測タワー

Hydrospheric Atmospheric Research Center