GPM、GCOM-C等による水循環・気候変動の モニタリングと社会課題への貢献

2015年11月19日（木）宇宙航空研究開発機構
石田 中
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内容
１．2015年主要国際枠組みとＪＡＸＡの対応
２．ＧＰＭ計画の現状
３．ＧＣＯＭ計画の展望

１．2015年主要国際枠組みとＪＡＸＡの対応

2015年の主要国際枠組み• 2015年は、地球の未来を左右する主要な国際枠組みが目白押し– 2015年3月 国連防災世界会議（仙台市）– 2015年9月 国連持続可能開発サミット（ＮＹ）– 2015年11月 ＧＥＯ閣僚サミット（メキシコ）– 2015年12月 ＣＯＰ２１（パリ）2015年ＪＡＸＡの対応
ＪＡＸＡは、2015年（2014年10月～2015年11月）
地球観測衛星委員会（ＣＥＯＳ）の議長として世界の地球観測衛星計画を主導– 仙台防災枠組みにおいて、地球規模からローカルな地球観測衛星計画の利用を位置付け– 持続可能開発目標（ＳＤＧ）の進捗を評価するインディケータに衛星データ利用を検討中– 次期ＧＥＯ戦略計画との連携を強化– ＣＯＰ２１において衛星の役割に関する公式サイドイベント、関係機関との連携サイドイベントを予定

衛星データ利用事例書
••
•

概要

JAXAが地球観測衛星委員会（CEOS）議長イニシャチブの一つとして、過去10年間の地球観測衛星データ利用の進捗を調査分析するために作成
世界の地球観測衛星データ事例49件と5件の参考事例を収集
CEOS編集委員会が選んだ11件をデータ利用事例サマリとして印刷、配布。49件全ての事例をWeb上に掲
載

http://www.ceos.org/dar2015•

特にデータ利用のバリューチェーンを分析、データ統合、モデルの利用が進み、各国の政策決定に衛星データが利用されて現状が確認できた。
衛星データ提供者

サービス
提供者

バリューチェーン

最終
ユーザ

最終
便益
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JAXAの地球観測衛星計画
Targets (JFY)

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

[Land and disaster monitoring]

災害監視 &資源管理

ALOS-2 / PALSAR-2

ALOS-NextOptical

気候変動 &水循環観測

TRMM / PR 2013~ [Precipitation 3D structure]
GPM / DPR

•水循環

[Wind, SST , water vapor, precipitation]
GCOM-W / AMSR2[Vegetation, aerosol, cloud, SST, ocean color]
GCOM-C / SGLI

•気候変動

[Cloud and aerosol 3D structure]
EarthCARE / CPR•温室効果ガス[CO2, Methane][CO2, Methane, CO]GOSAT-2

GOSAT / FTS, CAI 2009~

Mission status

On orbit

Development

Study

Pre-phase-A
7環境変化予測の高精度化への貢献

衛星観測
GCOM-W

GCOMによりJAXAが果たす役目
GCOM-C

モデル予測

GCOMの観測項目

炭素循環

大気
対流圏界面投入
雪氷比較• 陸域植物生産• 土地被覆• 海域植物生産• 沿岸環境変化
長期・継続（３世代）
全球・高頻度観測システム

水循環• 水蒸気・雲・降水量• 土壌水分• 海氷・積雪• 海面水温・風速

気候モデル予測項目

地球の気候数値モデル

放射収支• 雲・エアロゾル特性• 反射率（土地利用）• 積雪面特性• 地表面温度気候モデルを有する研究機関との連携

精度向上

陸 海

地上気温
海面水位
積雪･海氷面積
環境変化• 降水分布• 極端気象発生頻度• 土地被覆など

・ﾓﾃﾞﾙ内の放射収支や炭素循環等に関するﾊﾟﾗﾒｰﾀの高精度化。
・水循環を含む地球環境変動の予測精度検証と向上。

データ利用

成果の利用

成果の利用

現業利用

地球環境変動の監視･解明

政策立案

国連持続可能開発目標（ＳＤＧ）

１７の持続可能開発目標の進捗を評価するインディケータを来年３月までに国連統計委員会が決定する。衛星の役割について関係機関と調整中。

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２．ＧＰＭ計画の現状

全球降⽔観測計画(GPM: Global Precipitation Measurement )GPM主衛星コンステレーション
衛星群（JAXA, NASA）• マイクロ波放射計を搭載した各国・各機関の極軌道衛星
 全球降⽔量の広範囲・⾼頻度観測• ⼆周波降⽔レーダ（DPR）• GPMマイクロ波放射計（GMI）
 全球降⽔量の⾼感度・⾼精度観測コンステレーション衛星群の基準器

NOAA, JAXA(GCOM-W),
CNES-ISRO, EUMETSAT等

H-IIAロケットによる打上げ（2014年2⽉28⽇）

観測領域の⽐較

TRMMとGPM主衛星の観測領域の⽐較

⻘：GPM主衛星
緑：TRMM衛星

GPMパートナー:

DPRプロダクト
GMIプロダクト
DPR/GMI複合プロダクト
全球合成降⽔マッププロダクト

2 satellites/3 hr

8 satellites/3 hr

P11

GPM/DPRで⽬指す成果
気候変化に関する知⾒の発信

TRMMからGPMへ継続する降⽔観測データ
⾬と雪を3次元で観測

降⽔の科学について信頼性の⾼い知⾒の発信

TRMMによる熱帯の積乱雲、台⾵、降⽔⽇周期の観測
GPMによる中・⾼緯度前線帯の降⽔の観測

準リアルタイム降⽔情報の発信

気象庁数値天気予報による利⽤
洪⽔予測システムによる利⽤、など

P12

降⽔の⻑期変動はどうなっているか？
17年平均したTRMM/PRによる地表⾯降⽔強度（1997年12⽉〜2014年7⽉平均）

17年間のTRMM/PRによる地表⾯降⽔強度の時系列
TRMM降⾬レーダのバージョン7 プロダク
ト（2011年7⽉リリース）による、17年間の地表⾯降⾬⽉平均値の時系列（衛星⾼度変更ならびにPR冗⻑系切り替えによる影響の補正済み）。

GPM/DPRで中⾼緯度も含めた降⽔変動がどうなっているかを確認する必要がある。
P13

GPM主衛星の初画像（2014年3⽉10⽇）
JAXA/NASA

NASA/JAXA↑2014年3⽉10⽇22時の静⽌気象衛星の雲画像にGMIの36.5GHz⽔平偏波チャンネルの輝度温度観測を重ねた図

2014年3⽉10⽇22時頃に
GPM主衛星が捉えた、⽇本の東海上にある発達した温帯低気圧による降⽔の強さの分布→GPMマイクロ波放射計（GMI）
による降⽔の平⾯分布↑⼆周波降⽔レーダ（DPR）による降⽔の三次元分布
NASA/JAXA14P14熱帯から⾼緯度までの降⽔観測
GPM/DPRでは、TRMM/PRでは観測範囲外であった中⾼緯度の降⽔も、順調に観測データを蓄積し続けている。
GPM/DPR地表降⽔強度の平均値（2014年3⽉〜2015年1⽉）

TRMMの観測範囲(35S〜35N)

P15

降⽔鉛直分布の緯度による違い

海上での降⽔の緯度⾼度断⾯図：
2014年4〜8⽉

⾼度（km）

名城⼤学 広瀬正史
准教授提供

⾼度（km）

⾼緯度地域では熱帯と⽐べて降⽔頂の低い降⽔が降っている特徴はDPRで捉えられつつある。

（衛星直下付近の観測データを使⽤）

GPM/KuPR

TRMM/PR

緯度P16全球合成降⽔マップ（GSMaP）
http://sharaku.eorc.jaxa.jp/GSMaP/• GPMを中⼼に、複数のマイクロ波放射計・静⽌気象衛星IR情報を複合した、「世界の⾬分布速報」（GSMaP）を開発し、JAXA/GPM標準プロダクトとして公開中。0.1度格⼦、1時間ごとで、観測から約4時間後に提供• 11⽉2⽇からひまわり8号の可視域を対象に、雲ベクトルを活⽤して実時間で降⽔量を推定するGsMAP_Nowを運⽤開始
Global Rainfall Watch Realtime Rainfall Watch(GSMaP_NOW)(GSMaP_NRT/MVK)

ChampiOlaf

Patricia

GSMaP (Global) observed Hurricane Patricia and Olaf, and Typhoon Champi: 20-24 Oct. 2015,
hourly animation
P17

３．ＧＣＯＭ計画の展望

GCOM衛星システムの概要
 地球規模での気候変動・水循環メカニズムを解明
 ２衛星(GCOM-W and C)を３世代継続
 GCOM-Wは、全球水循環の変動に注目し、AMSR-Eの観測を継承する。 GCOM-Cは、放射収支ならびに炭素循環の変動に注目し、GLIの観測機能を継承するとともに、偏光・多方向観測を行う新たな機能を備えている。

GCOM-W1

GCOM-C1
高性能マイクロ放射計2 (AMSR2)

多波長光学放射計 (SGLI)

マイクロ波帯による観測
水蒸気量、土壌水分等を検出

観測センサ

近紫外～熱赤外の波長帯による観測
雲・エアロゾル、海色、植生等を検出

観測軌道

太陽同期準回帰軌道

観測軌道

太陽同期準回帰軌道

外形寸法5.1m（X）×17.5m（Y）×3.4m（Z）

外形寸法

4.6m（X）×16.3m（Y）×2.8m（Z）

衛星質量

1880kg

衛星質量1950kg

発生電力

4050W以上

発生電力

4250W以上

打上

H-IIAロケットにより平成24年5月18日打上げ

打上

H-IIAロケットにより 平成28年度 打上げ予定

設計寿命

5年

設計寿命

5年

観測センサ

高度：約700km

高度：約800km

19GCOM （WとC） の観測対象
放射収支
気候モデル内の主な不確定
要因

炭素収支

雲・エアロゾル変動と放射強制力

炭素収支と植生生産
炭素と熱の貯蔵庫
植生
沿岸環境生産土壌水分e

アイス-アルベド ｴｱﾛｿﾞﾙ
フィードバック 特性

雲水量
水蒸気量

降水量
積雪深雪氷
分布

陸面
温度

雲特性

海氷
密接度

積雪
表面特性
積雪
表面温度

土地
被覆
海面
水温
海上風速

地上ﾊﾞｲｵﾏｽ
光合成
有効
放射

CO2の吸収源・貯蔵庫(主要温室効果期待)

地球物理量

海色

全球規模での水・エネルギー収支
人間活動への直接影響(極端気象, 洪水,水資源)

温暖化に伴う水循環変動

水・エネルギー収支

C：気候変動観測衛星（GCOM-C)の観測分野
W：水循環変動観測衛星（GCOM-W)の観測分野
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ＧＣＯＭ－Ｃの主なターゲット
偏光・二方向観測機能
・前方 or 後方偏光観測・二方向(直下-前 or 直下-後方)観測（前方・後方は2波長 1km分解能）

陸域ﾊﾞｲｵﾏｽ･ｴｱﾛｿﾞﾙ
土地被覆変化の把握等

GCOM-C1,C2,C3三世代観測⇒長期継続全球観測
直下多波長観測・可視・近赤外～熱赤外域の17波長(250m分解能：11波長,500m分解能：2波長,1km分解能： 4波長）

衛星進行方向陸上植生, 海洋生産の見積り,雲,流氷,海流等

観測幅： 1150km（可視・近赤外域、偏光）
1400km（短波長赤外・熱赤外域）⇒最低2日に一度の頻度で全球を観測

二方向観測から植生バイオマスの長期変動をモニタリングし、植物生産量の計測精度を向上。また、偏光観測により陸上エアロゾルを観測し、エアロゾルや雲による放射収支への影響を見積る。⇒ 気候数値モデルの生態系過程や大気微物理過程の改良に貢献
21

全球エアロゾル観測性能の向上（観測機能追加）
従来手法では精度良く観測できなかった陸上エアロゾルの観測機能を強化
SGLIの観測機能

海上エアロゾル
厚さ※ 粒径※色※

陸上エアロゾル
厚さ※ 粒径※色※備 考

従来手法（e.g. ,OCTS)○ ○ ○ × × × 海上エアロゾルの観測ができる
GLIで世界初搭載。日本独自。
○ × ○ ○ × ○ 陸上エアロゾルの分布と吸収が分かる
近紫外観測
近赤外観測

SGLIでの新機能

偏光観測△ △ × ○ ○ ×

陸上エアロゾルの分布と粒径が分かる(ただし、海上ではセンサ視野内に太陽光の鏡面反射が写りこみ欠損域が多くなる見込み)※エアロゾルによる放射収支への影響を評価するには、大気に含まれるエアロゾル量の目安となる「光学的な厚さ」、日傘効果の強さと質を決める粒子の「大きさ（粒径）」と「色（黒いと日射を吸収し大気を加熱、白いと冷却）」の三つの情報が必要となる。

海上のエアロゾル観測は可能

陸上を含めた全球のエアロゾル観測が可能

GLI 2003年4月(JAXA/EORC)POLDER-2 2003年4月(Sano, Kinki Univ.)

SGLIでは複数の観測機能を用いて、エアロゾルの観測性能を向上させ、日傘効果による冷却作用の見積り精度向上に貢献する。

少ない

偏光観測機能による光学的厚さの分布多い

従来手法によるエアロゾルの光学的厚さの分布22

SGLI用土地被覆分類アルゴリズムの開発• GCOM-C1/SGLI用土地被覆分類アルゴリズムを開発中

PI: Dr. Fukue （Tokai Univ.)
Aqua/ MODIS (MYD09A1), 2007.

PI: Dr. Soyama （ Tenri Univ.)
Aqua/ MODIS (MYD09A1), 2007.

海洋基礎生産力の推定

OCTS・GLIの継承（1km分解能）

海面水温
クロロフィルa濃度

光合成有効放射量GLI海洋プロダクト
2003.4月平均
海域別炭素固定量

基礎生産力
24
海域別の海洋基礎生産力（炭素固定量）の見積りに貢献

250m分解能観測による沿岸観測の高精度化(a) GLI 1km 大阪湾 (1 Oct. 2003)(b) GLI 250m 大阪湾 (1 Oct. 2003)
250m（右）および1km（左）分解能によるクロロフィル-a（海域）と植生指数（陸域）

SGLIの250m分解能観測により、沿岸域に見られる河川流出物やブルーミング、小さな渦構造などをより詳細に検出することが可能になると期待される。
25

物理量間の複合解析事例(東アジア, 2008年春)
積雪火災
バイカル湖

平年に比べて積雪が少ない

林野火災が多発

バイカル湖

北京北京
ソウル

西安
上海

成都

水ｽﾄﾚｽ

上海

2008年4月26日の火災地点

ｴｱﾛｿﾞﾙ

平年に比べて乾燥傾向

バイカル湖

北京

エアロゾルも多く発生

北京
ソウル

西安

成都

東京

成都

2008年4月上旬の積雪分布(偏差)

バイカル湖

ソウル

西安

東京

上海
成都

2008年4月上旬の水ｽﾄﾚｽ偏差

ソウル

西安

東京

東京
上海

2008年4月22-29日のｴｱﾛｿﾞﾙ量

GCOM-Cの現業分野への応用範囲
1.

気象予測（海面水温、エアロゾル（大気汚染）他）– 気象庁、気象協会、WNI等

2.

地理（地球地図、土地被覆）– 国土地理院

3.

農業（作付け、収量把握・予測）– 農水省、穀物商社等

4.

漁業（漁場推定、赤潮発生監視等）– 水産庁、JAFIC等

5.

健康（感染症が発生しやすい環境情報の把握等）– 国立感染症研究所

6.

航路（氷海航路の把握・予測等）– 海上保安庁、WNI、JOGMEC等

27

まとめ
１．2015年主要国際枠組みにおいて地球観測衛星の役割を位置付けた。
２．持続可能開発目標（ＳＤＧ）の進捗を評価するインディケータに衛星の役割を位置付けることを関係機関と協力して検討中。
３．ＧＰＭ計画、ＧＣＯＭ‐Ｃ計画は、水循環、気候変動のモニタリング、社会課題へ本格的な貢献を目指す。