平成29年技術成果報告会

大気観測衛星による温室効果ガス等のモニタリング技術
つくば事業所 地球環境系解析研究グループ
片岡 文惠
kataoka.fumie@restec.or.jp

Ａｌｌ ｒｉｇｈｔｓ ｒｅｓｅｒｖｅｄ ＲＥＳＴＥＣ ２０１7

衛星による大気観測
天気予報
••

水蒸気量 （輝度温度データ）
降水量, 降雪量

静止軌道衛星Himawari8,9ⒸJMA

大気汚染監視・予測••

NO2, CO, 対流圏オゾン, SO2
エアロゾル, PM2.5

極軌道衛星
GPM

GCOM-WⒸJAXA

気候変動監視・予測•••

温室効果ガス：GHG（CO2, CH4等）
雲・エアロゾル
成層圏オゾンⒸJAXAGCOM-C
EarthCARE
ⒸJAXA

GOSAT

ⒸJAXA

ⒸJAXA

GOSAT-2

ⒸJAXA

2

目次
1. ひまわり8号データを用いた大気微量成分の導出
Himawari8,9

RESTEC独自でのアルゴリズム開発ⒸJMA

2. 温室効果ガス観測衛星GOSAT・GOSAT2に関わる取組み主にJAXA殿からの受託業務
GOSAT打上げ前から、約10年業務を実施
GOSAT

ⒸJAXA

GOSAT-2ⒸJAXA

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ひまわり8号データを用いた大気微量成分の導出
ひまわり8号：2014年10月7日 打上げ
ひまわり9号：2016年11月2日 打上げ

AHI(Advanced Himawari Imager)
AHI(Advanced Himawari Imager)【測定物理量】
雲、水蒸気量
植生、海面温度
エアロゾル、オゾン、SO2
火山性ガスSO2
SO2吸収チャンネル（バンド10,11）と大気の窓・水蒸気チャンネル（バンド14,15）を用いて、2016年の阿蘇山噴火時のSO2を導出（参照）リーフレット「新しい静止気象衛星－ひまわり８号・９号－」
4ひまわり8号データを用いた大気微量成分の導出
2016年10月8日午前1時46分（JST）
阿蘇山中岳第一火口で、1980年1月26日以来の爆発的噴火が発生

赤色で示す箇所では、二酸化硫黄（SO2）濃度が高い
2016年10月20日 日刊工業新聞に記事掲載

5ひまわり8号データ用いた大気微量成分の導出
ひまわり8号
2016年10月8日13:10 JST

Aura/OMI (NASA)2016年10月8日12:35~14:17 JST(c)RESTEC/Included(C)JAXA/JMA©ＮＡＳＡ

Aura/OMIとひまわりのSO2濃度分布がよく一致
静止軌道衛星では、時系列でSO2の動き・広がりが確認できる6

ひまわり8号データ用いた大気微量成分の導出
まとめと今後の課題
1. ひまわり8号データを用いた大気微量成分の導出
2016年の阿蘇山噴火の事例において、火山性ガスSO2を時系列で導出 今後、解析事例を増やして導出精度を向上
 大気輸送シミュレーション（WRF, WRF-chem）と併せた解析
事後解析のみではなく、予測を見据えた解析手法を確立
 サービスの開拓

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目次
1. ひまわり8号データを用いた大気微量成分の導出
Himawari8,9

RESTEC独自でのアルゴリズム開発ⒸJMA

2. 温室効果ガス観測衛星GOSAT・GOSAT2に関わる取組み
主にJAXA殿からの受託業務
GOSAT打上げ前から、約10年業務を実施
GOSATⒸJAXAGOSAT-2

ⒸJAXA

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GOSAT概要GOSAT (Green-house gas Observing Satellite) ： いぶき
温室効果ガスである二酸化炭素とメタンの濃度を宇宙から観測することを主目的とした世界初の衛星

GOSAT プロジェクトは、環境省（MOE）、国立環境研究所（NIES）、宇宙航空研究開発機構（JAXA）が共同で推進

TANSO-FTS

GOSAT運用イベント
2009年1月23日：打上げ
～2014年1月23日：定常運用期間
2014年1月24日～：後期利用運用
8年以上に渡り、全球の温室効果ガスを観測を継続(c)JAXATANSO-FTS (Fourier Transform Spectrometer)•近赤外3バンド, 熱赤外1バンド•スペクトル分解能: 0.2 [cm-1]•空間分解能: 10.5 [km]CO2, CH4
SWIR

TIR

カラム平均濃度、鉛直分布

TANSO-CAI (Cloud Aerosol Imager)•紫外・可視・近赤外 4バンド
•空間分解能 : 0.5 - 1.5 [km]雲 ・ エアロソル
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GOSAT概要
CO2:地上観測点と衛星観測点の違い

2017年5月現在：CO2の地上観測点（航空機・船舶含む）は、約200点
衛星(GOSAT)では、3日で地球全体を約58,000点の観測が可能（※基本的に、雲りのデータは、GHG導出には使用できない）
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GOSATによる全球二酸化炭素の観測
CO2濃度経年変動：地上観測と衛星観測

GOSAT/CO2観測2010/03

CO2増加率2017/03

2015～2016年アジア域：2.5ppm/year以上のCO2増加率をGOSATデータから観測

GOSAT観測精度:
GOSAT観測精度:
370
約0.5％（±2ppm）
約0.5％（±2ppm）

380

390
400
XCO2 [ppm]

410

11420

(参照) CO2地上観測データ
http://ds.data.jma.go.jp/gmd/wdcgg/pub/global/globalmean.html

OCO2概要
OCO2 (Orbiting Carbon Observatory 2)
NASA初の二酸化炭素観測を目的とした衛星 2009年2月にOCOを打上げたが、フェアリングが開かず失敗
以降、Atmospheric CO2 Observations from Space (ACOS）
チームとして、GOSATチームと校正検証やアルゴリズム開発を協力して実施©NASA/JPL 2014年7月にOCO2を打上げ

Grating spectrometer•近赤外 3バンド•空間分解能: 2.25 x 1.29 [km] (nadir)•イメージングでのCO2の観測が可能

CO2カラム平均濃度

引き続き、GOSATチームと協力し、プロジェクトを推進
GOAST

OCO2

センサ

フーリエ変換型分光計

回折格子型分光計

回帰日数3日16日 (A-train)

空間分解能 (nadir)

10.5㎞

2.25 x 1.29 [km]12

GOSATに関わるRESTECの仕事
GOSATデータ処理

Level0, Level1A
信号・ｲﾝﾀｰﾌｪﾛｸﾞﾗﾑ

RESTECJAXA

Level1B
観測スペクトル

レベル1データ校正

Level2CO2物理量

レベル2データ検証

NIES
Level3,Level4
CO2空間分布、FluxSciencecommunity

その他の成果 Science outcome（Climate change,Carbon cycle)
 GHG inventory
13©JAXA/NIES/MOE

GOSATに関わるRESTECの仕事
GOSAT レベル1データ（スペクトル・幾何）の校正
 レベル2データ（物理量）の検証
 GOSAT校正検証観測実験
 広報活動支援 GOSAT長期データを用いた解析

 高精度のCO2,CH4導出にはレベル1のスペクトル精度が重要 長期運用に伴うセンサ劣化状態を評価
 絶対精度の保証 複数センサ間の等質のデータ提供

GOSAT-2
 レベル1データフォーマット、読出しツール、模擬データ作成
 GOSAT-2最適観測点の検討
 GOSAT-2校正・検証準備

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GOSAT-OCO2 Cross Calibration and validation Campaign
Railroad Valley ,Nevada, USA.
•Dry lake , Alt.1435m•Summer Solstice•Collaborate from 2009.

Airborne-based FTS

OCO2GOSAT
Vertical
CO2 CH4 O3Aerosol
OpticalThickness

ColumnCO2 CH4 O3BRDF

Surface
ReflectanceSolarradiance

Surface and Profileof Pres, Temp, RH.
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GOSATに関わるRESTECの仕事
 レベル1データ（スペクトル）の校正
米国ウィスコンシン大学所有の航空機搭載FTS (Scanning High-resolution
Interferometer Sounder (S-HIS)を用いた、GOSAT/TIRバンドスペクトルを評価
TIR

GOSAT

大気ﾌﾟﾛﾌｧｲﾙデータ
・ゾンデデータ・モデルデータ666km

放射伝達計算(LBLRTM)

S-HIS
S-HIS
observed radiance

S-HIS
20km

地表面データ・地表面温度・地表面放射率

S-HIS
calculated radianceGOSAT

TANSO-FTS
calculated radiance

S-HIS
radiance residual

TANSO-FTS
observed radiance

TANSO-FTS
radiance residual

Double difference*

GOSAT-SHIS スペクトル評価
Double Difference

現地観測データを用いて、各センサ（FTS, S-HIS）のシミュレーション
スペクトルを計算し、両センサの差分スペクトルで評価

TIRスペクトルの補正式やL1処理の係数反映
L2アルゴリズム開発者との相互フィードバック
Kataoka, F. et al,IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, 52, 89- 105, 2014.

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GOSATに関わるRESTECの仕事
 レベル2データの検証

GOSAT

GOSAT
Greenhouse gases
Observing SATellite©

 絶対精度の保証 複数センサ間の等質のデータ提供

Revisit:
3days

OCO2

GOSATとOCO2の時空間マッチアップ点において、両センサのCO2導出結果の違いを、定量的に評価
about 10.5km
footprint

Revisit:16days (A-train)⊿XCO2 [ppmv](GOSAT-OCO2)

CO2導出結果の違いは、±4ppm（約1%）
現在、時間的な変化なし
結果を、OCO2チームにもフィードバック[プロダクト]・GOSAT/ACOS FTS L2 B7.3 Lite
・OCO2 L2 standard v7r

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GHG衛星のこれから ー技術研究から現業利用へー
パリ協定
••
•

京都議定書に代わる新しい気候変動抑制に関する多国間の国際的な協定
世界的な平均気温上昇を産業革命以前に比べて２℃を十分に下回る水準に抑制し、1.5℃以内に抑えるよう努力する
パリ協定の目標の達成に向けた全体的な進捗を評価するために、各国の取り組み実施状況について定期的に確認する（グローバル・ストックテイク）
GHGインベントリの提出(温室効果ガスの排出量および吸収量の実績を、排出・吸収源ごとに積み上げた統計量)

IPCC(気候変動に関する政府間パネル）のガイドラインが2019年に改訂予定→ 衛星データを用いたGHGインベントリの検証を明文化すると共に、具体的な手順を示す（ガイドブック作成）ことを目指す

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温室効果ガス観測衛星の動向
Ongoing
mission

2002

2009

ENVISAT/SCHIAMACHY ESA

2014

GOSAT/TANSO-FTS
JAXA

CO2 CH42016
OCO-2

TanSatNASA

CAS

Futuremission2017
Sentinel5p/
Tropomi ESA

2018

2021

GOSAT2/ JAXA OCO-3
NASA
TANSO-FTS2/

ISS

2022

MERLINGEOCARB

CNES/DLR

NASA

Lidar
Geo-stationary
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GOSAT-2ミッション概要
2018年度打上げ予定

GOSAT

GOSAT-2

Local time

13:00+/-0:15

13:00+/-0:15

Altitude

666km

613km

Repeat3 days (44 revol.)6 days (89 revol.)FTS

SWIR, TIR 4band

SWIR, TIR 5band
CO観測波長追加
インテリジェントポインティング
機能CAIUV, VIS, IR 4band
直下視観測

UV, VIS, IR 10band
340nm追加
前方視・後方視観測

観測データ取得率向上に向けて
 全観測点が特定点観測
 カメラ画像を用いてFTSの雲回避ポインティングを実施
20©JAXA/NIES/MOE

GOSAT-2の最適観測点の選定
GOSAT-2で有効なデータ数を増やすため、GOSATの観測実績や、各種物理量（地表面反射率、エアロゾル）、地形（Flatness）、またGHGの排出源などを考慮し、GOSAT2で観測すべきターゲットをスコア化。
GOSAT2の軌道（＋FTSポインティング角度）を考慮し、基本観測計画を策定。
GOSATの観測実績（L2/L1）

CH4排出源NASA CMS CH4 FluxGOSAT2軌道

地形Flatness

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badgoodまとめと今後の課題
2. 温室効果ガス観測衛星GOSAT・GOSAT2に関わる取組み
GOSATに関して、校正・検証を中心に10年以上の業務を実施
GOSAT-2打上げ前における準備業務を実施
 海外とも連携し、継続的なGHG衛星観測を行う
 データの利用普及（地上観測・複数衛星をあわせた等質なデータの提供）
 衛星データを用いたGHGインベントリ検証の推進（具体的な検証手法の開発支援、ガイドブックを用いた検証方法普及のキャパビル事業等）

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Sense your Earth