気象衛星ひまわりで何が⾒えるのか〜 気象衛星観測データの概要・特徴・形式 〜

気象ビジネス推進コンソーシアム
平成30年１２⽉３⽇

本⽇の流れ• 気象衛星ひまわりの観測–概要・特徴・機能強化–データの内容とフォーマット
–何が⾒えるのか？ 〜利⽤方法の紹介〜– 参考資料2

気象衛星ひまわり８号・９号について
 「ひまわり８号」は平成２７年７⽉７⽇に観測運⽤開始。
 「ひまわり９号」は平成２９年３⽉10日に待機運用開始。
（年度） H172005

ひまわり６号
ひまわり７号
ひまわり８号
ひまわり９号

H18

H19

H20

H21

H22
2010

H23

H24

H25

観測

待機

待機

観測

一達 括
調

衛星製作

H26

H27
2015

H28

H29

H30

H31

H32
2020

H33

８号・９号の２機体制で、平成41年度まで運⽤する計画
H34

H35

H36

H372025

H38

H39

H40

H41

待機

打上げ
打上げ

衛星製作

観測

待機

待機

観測

待機

観測寿命はそれぞれ8年以上（運⽤7年＋並⾏観測1年）「ひまわり８号・９号」の観測機能向上
観測回数の増加水平分解能の向上

ひまわり7号

ひまわり８号・９号

観測画像の種類の増加

より詳細に天気の変化を捉えることが可能に！

より小さな気象現象を捉えることが可能に！

これまで⾒えなかった対象が⾒えるように！
可視光観測

可視 1km赤外 4km

１時間に１回（北半球は３０分毎）２倍

大幅増

１種類のため⽩⿊画像

⻘緑赤

可視 0.5km、1km
赤外 2km

大幅な機能向上。

赤外線観測４種類

大幅増
新たに近赤外線も含めて１３種類に１時間に６回（１０分毎）３種類になりカラー画像の日本付近及び台風は２．５分毎！ 作成が可能に！

判別が難しかった現象の観測が可能に！

気象衛星が観測するのは電磁波。電磁波の観測で分かること。
反射特性

http://www.sapc.jaxa.jp/use/data̲view/

放射特性

波⻑によって物の⾒え⽅が異なる。

ひまわり８号・９号による観測可視・近赤外・赤外の16種類の波⻑帯（バンド）で、観測を⾏います。
波⻑帯ごとの特徴に応じて、観測結果が異なります。

可視近赤外赤外

バンド番号
B01
B02
B03
B04
B05
B06
B07
B08
B09
B10B11B12B13B14B15B16波⻑ [μm]
0.47
0.51
0.64
0.86
1.6
2.3
3.9
6.2
6.9
7.3
8.6
9.6
10.4
11.2
12.4
13.3

想定される⽤途の⼀例
植生、エーロゾル、カラー合成画像
植生、エーロゾル、カラー合成画像
植生、下層雲・霧、カラー合成画像
植生、エーロゾルだからこそ、
雲相判別
16種類の波⻑で雲粒有効半径
下層雲・霧、自然火災 観測を⾏う。
上層水蒸気
上中層水蒸気中層水蒸気
雲相判別、SO2オゾン雲画像、雲頂情報
雲画像、海面水温
雲画像、海面水温
雲頂⾼度

地上の植生B03（0.64μm）可視画像

B04（0.86μm）近赤外画像

植生による反射特性の違い
バンド3とB03（0.64μm）付近の波⻑では、植物・水の反射特性に違いが少ない。
バンド4で、（海面との差は分かりにくい。）
B04（0.86μm）付近の波⻑では、植物のある場所からの反射が強い。 ⾒え⽅が異なる。
（海面との差がはっきり判別できる。）

B03 (0.64μm) 可視画像
2018.11.18 09:00JST

バンド3は、水と植物の反射の違いが小さい。
海と陸の境が不明瞭

B04 (0.86μm) 近赤外画像
2016.07.10 12:00JST

B04（0.86μm）はB03に比べて植生からの反射が強い。

バンド4は、水と植物の反射の違いが大きい。
海と陸の境がはっきり！

赤外線センサーが捉えるもの
よく⾒る
赤外線画像

あらゆる物質は電磁波を出す
・地表、雲粒、⼤気中の気体
⾚外線のエネルギー（放射輝度）
は、物質の温度に応じて決まる。
（プランクの公式）

低い

輝度温度

高い

少ない

放射のエネルギー多い(放射輝度)B13 （10.4μm） 赤外画像
2015.07.15 21:00JST

同じことを宇宙から⾏う。

輝度温度低
上空の雲⾊のつけ⽅が異なる。
低い雲

海面・地上

輝度温度⾼

ひまわり８号・９号による観測
観測域[km]フルディスク（全球）

バンド

撮影できる範囲全て
約2,000×2,000

日本域

機動観測域
（台風発生時）北東⽇本と南⻄日本を合成
約1,000×1,000
領域は可変。
台風等を観測3種類の観測を⾏う。

31,2,45〜16
3
1,2,45〜16
3
1,2,45〜16

解像度
[km]
0.5
1
20.5
1
20.5
12

日本付近は、2.5分毎と⾼頻度。

観測時間
[分毎]
102.52.5

観測の種類 フルディスク観測（10分毎）
衛星から⾒える地球全体を観測
10分毎に観測⻄端は、インドやスリランカ
東端は、
ハワイ

観測の種類 日本域観測（2.5分毎）
日本周辺を⾼頻度に観測

観測の種類 機動観測（2.5分毎）
約1,000km×1,000kmの領域を⾼頻度に火山・台風を観測
南海上の台風の観測に重要な役割を持つ

2016/10/3
台風第18号

気象衛星観測の特徴• 広い範囲を観測• 短い間隔で観測• 海上、山岳、砂漠などの人の近づくことのできない場所
でも、均質に観測が可能。

RGB合成画像の紹介• バンド数の増加により1枚ごとの画像確認が困難化↓
RGBと光の三原色• 波⻑と物質別の特性を利⽤し、• 複数バンドの情報を１枚の画像に取り込む。
ひと目で分かる画像を作る。

RGB合成画像の例

夜間雲判別（雲の種類）
日中自然色（水滴と氷）

日中雲判別（雲の種類）

8種類のRGB合成画像

気団判別（暖気/寒気）
ダスト （⻩砂）対流雲（発達した雲）トゥルーカラー画像
日中雪・霧 （霧）17本⽇の流れ• 気象衛星ひまわりの観測–概要・特徴・機能強化–データの内容とフォーマット
–何が⾒えるのか？ 〜利⽤方法の紹介〜– 参考資料18

ひまわり８号・９号による主なデータプロダクト
種類フォーマット

概要説明

ひまわり標準フォーマット

衛星観測データのうち、最も源泉に近く情報量の多いデータ。
16バンド毎の全てのデータを収録。

NetCDFデータ

NetCDF米国・大気研究大学共同体（UCAR）が開発したNetCDF（Network Common Data Form）と呼ばれる形式で保存したデータ。日本域と機動観測域のデータのみ（フルディスク観測のデータはありません）。

カラー画像データ

PNG

可視３バンドのデータを合成したカラー画像データ。

JPEG画像

JPEG

可視１バンドと３つの赤外バンドをJPEG画像化したデータ。

GRIB2「ひまわり」の観測データや数値予報データから、雲の有無、雪氷の有無、雲頂⾼度、雲型等を推定値として算出したデータ。
（１時間毎）

ひまわり標準データ

高分解能雲情報

http://www.data.jma.go.jp/mscweb/ja/info/sample̲data.html

サンプルデータは、気象衛星センターのホームページで公開。

ひまわり８号・９号による主なデータプロダクト
データの形式・読み込みツールのサンプル
http://www.data.jma.go.jp/mscweb/ja/info/sample
̲data.html

サンプルデータ とサンプルプログラムをウェブページで提供。

ひまわり標準データ（１）• フォーマットは、「ひまわり標準フォーマット」。
– 「ひまわり８・９号」の配信データで、最も解像度が⾼い。
– 全16バンド、フルディスク・領域観測で作成。
– フルディスクは、 10セグメントに分割して配信。
– ヘッダー部とデータ部で構成• １枚の画像を複数ファイルに分ける、セグメント分割。

– ひまわり標準データ 利⽤の手引き• http://www.data.jma.go.jp/mscweb/ja/info/pdf/HS̲D̲users̲guide̲jp̲v13.pdf

気象衛星センターウェブページ掲載の「利⽤の⼿引き」に詳細を掲載。

ひまわり標準データ（２）地図投影• Normalized Geostationary Projection– 衛星が観測した画像を、仮想的な静⽌衛星から⾒た格⼦点に投影する方法です。
–http://www.cgms‑info.org/index̲.php/cgms/page?cat=PUBLICATIONS&page=Technical+Publications

フルディスク観測は10分割で配信

22

ひまわり標準データ（３）フォーマット
ひまわり標準データ
ブロック番号1 : 基本情報ブロック
衛星名、観測開始・終了時刻など

ブロック番号7 : セグメント情報ブロック
セグメント分割の情報。

ブロック番号2 : データ情報ブロック
東西、南北方向の画素数など

ブロック番号8 : 位置補正情報ブロック
回転補正量、平行移動補正量など。

ブロック番号3 : 投影情報ブロック
投影基準となる情報など

ブロック番号9 : 観測時刻情報ブロック
南北方向のライン番号に対応した観測時刻

ブロック番号4 : ナビゲーション情報ブロック
観測時刻の衛星の位置、太陽の位置、月の位置など

ブロック番号10 : エラー情報ブロック
観測データ中のエラー画素の情報。

ブロック番号5 : キャリブレーション情報ブロック
カウント値から放射輝度値への変換係数、放射輝度値から輝度温度値（またはアルベド値）への変換係数など。

ブロック番号11 : 予備

ブロック番号12 : データブロック（整数2バイ
ブロック番号6 : インターキャリブレーション情報ト）ブロック
0〜16383（バンドによって異なります。）
4
全球衛星搭載センサ相互較正システム（GSICS） で及び作成した較正係数を格納。
65535（エラー画素）（1111111111111111)2
4 : http://mscweb.kishou.go.jp/monitoring/calibration.htm
65534（観測範囲外）（1111111111111110)2 23

NetCDFデータ （１）• 米国・大気研究大学共同体（UCAR）のUnidata Program Centerが開発したNetCDFと呼ばれる形式で保存したデータです。
• 地理情報システム（GIS：GeographicInformation System）関連ソフトウェアでの表示が可能です。
• 座標系は緯経度正⽅格⼦です。輝度温度値（またはアルベド値）を実数4バイトで格納しています。

NetCDFデータ （２）Panoply netCDF, HDF and GRIB Data Viewerでの表示

GIS対応のソフトウェアで利⽤可能。

Panoply netCDF, HDF and GRIB Data Viewer
は、NASA/GISSで提供のソフトウェア
https://www.giss.nasa.gov/tools/panoply/

気象衛星データの入手について

研究者向けデータ公開（商業利用に向けたデータ利用技術の開発含む）
http://www.jma‑net.go.jp/sat/himawari/orgnization.html

情報通信研究機構（NICT）
千葉大学
東京大学
宇宙航空研究開発機構（JAXA）

すぐに、ダウンロード可能本⽇の流れ• 気象衛星ひまわりの観測–概要・特徴・機能強化–データの内容とフォーマット
–何が⾒えるのか？ 〜利⽤方法の紹介〜– 参考資料27紅葉 （植物の生育状況）• ６月２５日• 11月６日

植物の⽣育状況にあわせて、⾒え⽅が変化。
紅葉の進み具合も把握できる。

海面水温 （静止気象衛星ひまわりによる海面水温画像）
海流の流れ
2018年6月27日

海面の水温を詳細に把握
https://www.data.jma.go.jp/gmd/kaiyou/data/db/kaikyo/daily/himawarisst.html

海のプランクトン（推定）プランクトン（推定）の発⽣状況も⾒える。

海氷
2018.02.02 09:00JST

海氷の分布を把握
海氷解析図（２月２日）

⽔⾊の領域が、氷（海氷・地上の積雪・上空の氷雲）

積雪 2016年1月19日
２０１６年１⽉１９⽇

京都北部、滋賀県、奈良県に積雪

雲海（霧）2018年05月01日
２０１８年５⽉１⽇

瀬⼾内海に霧盆地に霧森林⽕災 2018年4月27日
森林⽕災による煙の検知高温域（火災検知）
2018年4月8日
北富士演習場の「火入れ」

大規模な火災は、「ひまわり」からも観測可能

火山灰
２０１８年４⽉１１⽇
バヌアツ マナロ火山の噴煙

火山の噴火と火山灰の検知

⽇射量「ひまわり」の観測データから、⽇射量の推定も⾏われている。

http://www.eorc.jaxa.jp/ptree/index̲j.html

本⽇の流れ• 気象衛星ひまわりの観測–概要・特徴・機能強化–データの内容とフォーマット
–何が⾒えるのか？ 〜利⽤方法の紹介〜– 参考資料38

衛星画像に関する解説書• 予報技術研修テキスト
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/books/yohkens/yohkens.html– 平成27年度– 平成28年度– 平成29年度

RGB合成画像の基礎
ひまわり８号の画像を用いた霧の監視
ひまわり８号による積乱雲の監視• 気象衛星画像の解析と利⽤
https://www.data.jma.go.jp/mscweb/ja/prod/product.html– 衛星画像の特徴的なパターン– 観測画像の特性– RGB合成画像– プロダクトの紹介

観測画像の紹介ページ
http://www.jma‑net.go.jp/sat/himawari/image.html「ひまわり」の観測画像を紹介したページ

カラー再現画像
カラー再現画像は、可視3バンド（⻘・緑・⾚）に加え、近⾚外バンドと赤外バンドを利⽤し、⼈間の⽬で⾒たような⾊を再現した衛星画像です。本画像は、⾊を⼈間の⽬で⾒たように表現する画像技術（気象庁気象衛星センターで開発*1）と大気分子により太陽光が散乱される影響を除去する技術（⽶国海洋⼤気庁とコロラド州⽴⼤学による開発及びソフトウェアの提供）を用いて作成されています。
*1：緑色の再現にはMiller et al. (2016)で概説される手法の代替として、可視3バンド（⻘・緑・⾚）と近⾚外バンドを利⽤しています。
謝辞
カラー再現画像は気象庁気象衛星センターと米国海洋大気庁の衛星部門（NOAA/NESDIS/STAR GOES‑R Algorithm Working Group imagery team）の協⼒により開発されました。協⼒とソフトウェアの利⽤許諾に感謝します。
参考文献
Miller, S., T. Schmit, C. Seaman, D. Lindsey, M. Gunshor, R. Kohrs, Y.
Sumida, and D. Hillger, 2016: A Sight for Sore Eyes ‑ The Return of True
Color to Geostationary Satellites. Bull. Amer. Meteor. Soc., doi:
10.1175/BAMS‑D‑15‑00154.1

ご清聴ありがとうございました
ご質問はWXBC事務局まで
info@wxbc.jp