気象学と精密科学
気象学は精密科学といえるか、なりえるか？
工学と理学with 私の履歴
名古屋大学地球水循環研究センター
中村健治

COBE (Cosmic Backgroud Explorer)(2t衛星、低軌道、Nov. 1989 – Dec. 1993, L He 650kg)（wikipedia）
2.73K、ゆらぎ：0.001%レベル。
WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)（840kg、150万km）

感度

分解能

Hubble deep space image
露出：50 days、人間の目の100億倍の感度。
(http://hubblesite.org)
マイクロ波放射計：ΔT＝kBT／（Wt）、Rayleigh分布、(ΔT)0＝T-mean
W：受信機バンド幅、ｔ：観測時間）(Nature 2002)http://www.geod.jpn.org/web-text/

http://www.spacegeodesy.go.jp

常時地球自由振動（ナノガルのレベル：10^-11 m/s^2、１ガル（１cm/s^2）以上で人が感じる地震）
超高感度重力計(http:/www.geod.jpn.org/web-text)

LHC (Large Hadron Collider)(Physics Letters 2012)
Background noise が非常に高い。

(https://www.atlas.ch)天文学
オーダー天文学 → 精密天文学
最先端装置が科学を進めている。逆に測定装置の限界がフロンティアを決めている。
Big Bang：137億年前、３－４桁の精度
素粒子物理学
大型加速器
測地学
現場精密測定、新型測定（衛星測地、…）
見えないものが見えてきている。
気象学
現場測定、新型測定（リモート測定、衛星、…）

気象学
再現実験がほぼ不可能
オゾンホール、CO2温暖化、などは実験となるか。
状況証拠型
現場観測主体過去のデータの蓄積が大きい。
→ 過去データの解析でも十分面白い仕事ができる。
But：
新しい観測・測定手法の開発により新たな発見をしたい。
できる筈だ。
精密科学か？
精密科学とは？
私のここでの定義：精密な直接に近い測定により進歩する
科学
計算機能力、4DDAなどの複雑な解析法、アルゴリズムの改良による精度の精密化ではない。

OZONE HOLE

Montreal protocol

気象学（続）パターン解析、EOF解析、ENSO、目で眺めてもある程度見えるものが解析により明瞭に見えてくるだけ（？）。

3S-3N

Takayabu、1999、Nature衛星観測
精密測器、しかし結果はパターン？
必要物理量の高い精度の定量的測定が必要。
温暖化傾向の検知
エネルギー収支：放射と降水との不一致？
CO2の海洋吸収問題、Surface flux imbalance problem、…
GPS掩蔽観測
温暖化ガス（GOSAT）
But conventional な地上測定を凌駕できていないのではないか。
降雨測定
いつまでも地上雨量計が主。

1997年11月－現在

Tropical Rainfall Measuring Mission: TRMM
Solar paddle

High-gain antenna

TMI

VIRS
LIS
PR

Observation of tropicalrainfall (Driving engineof global atmosphere)US-Japan joint mission(Japan: PR, Launch,US: Bus, 4 sensors,operation)

CERES

Launched in Nov., 1997.
Still under operation
Orbit
Altitude
Inclination

Circular（Non-Sun Synchronous）
350km (402.5km since Aug. 2001) (±1.25km)
35 deg.

SensorPrecipitation Radar (PR)TRMM Microwave Imager (TMI)
Visible and Infrared Scanner (VIRS)First space-borne
precipitation radardeveloped by CRL andNASDA

Clouds and the Earth’s Radiation Energy System (CERES)

Lightning (LIS)COMMUNICATIONSRESEARCHLABORATORYGlobal Distribution of the Mean Storm Height
Measured by the TRMM Precipitation RadarJuly 1998

January 1999

(Short and Nakamura, JC, 2000)

Correction of PR estimated rain after the boost
78

Global Monthly Precipitation (e_SurfRain)

Rain Amount [mm/30days]

76
74
72
70
68
66
64
62

eSurfaceRain (3A25 Original)
eSurfaceRain (3A25 Corrected)

60
1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Year

• The total decrease in e_surface rain is estimated to be 5.90% on average in a
global scale. The main causes are:A) Sensitivity degradation by the increase of satellite altitudeB) Increase of the range of surface clutter by the increase of the footprint size, andC) Mismatch between the transmission and reception angles for one pulse in every 32pulses

Latitude
Precipitation Rate(mm/month)(Adler et al., 2008)

(Adler et al., 2007)

(Stephens et al., Nature Geosci., 2012)

1990年頃の電波研究所鹿島支所

(Nakamura et al., JMSJ 1990)

種子島実験(Nakamura and Inomata, JTEC 1991)

2. Ka帯レーダ地上実験の意義と取得データのアルゴリズム開発への活用
2.4 DPRアルゴリズム（2/7）

(Li and Nakamura, JTEC 2002)

JAXA Dual Ka radar system：GPM/DPR 検証用

Tx Antenna

Rx Antenna

TransmitterReceiver

アイディアをいろいろと入れさせてもらった。
時刻同期、I、Q信号取得、生信号取得、オフセットパラボラ、などなど
目標：降水粒子によるKa帯電波の散乱・消散係数の「計測」

対向観測から正確な k と Ze を求めたい。
降雨減衰：相対測定
レーダ反射因子：絶対測定（相対測定にできないか：難しい）バイアスが入る。
システムの安定性：送信電力変動、利得変動、雑音レベルによる補正
レドーム減衰、あまり問題にはならないか。
近距離でのビーム不一致、他５００ｍ以遠では無視できよう。
ビーム合わせなど細かい丁寧な観測設定が必要。

C/X band radar
Ka radar (A)Ka radar (B)snow observation
systemMobile precipitation
observation system

Snow observation at Nagaoka
Only weak attenuation appears.

k-Ze plots estimated from Ka radar for 10 days
: Wet snow cases are dominated.
: Dry snow cases are dominated.
: Rain*We subjectively classified wet and drysnow cases depending on k-Ze relationand surface temperature.

Different tendencies of k-Ze relations were shown depending onrain and wet or dry conditions of snow. (Nishikawa et al. 2012)

昭和24年（1949年）愛媛県大洲市生まれ
小学校４年まで東京都目黒区
私立栄光学園中学校／高等学校
神奈川県横須賀市田浦 → 鎌倉市大船
同窓：下田先生（東海大）、藤井名大理事、久保田さん（東海大）、中村尚さん（東大）、など
東京大学教養学部（駒場）
すぐにスト。１年間何もせず。L’Athene Francais。その後３年間、なにも勉強せず。
理学部 物理系／生態系？
東京大学理学系研究科地球物理学専門課程（修士／博士課程）
岸保勘三郎先生、松野太郎先生
山下晃さん、新田勍さん、藤木さん
佐藤康雄さん、木田秀治さん、村上勝人さん、高野さん、吉崎正憲さん、中村一さん、沢井哲滋さん、松田佳久さん、新野さん、中澤さん、中村晃三さん、

愛媛県大洲市
大洲城、四国の小京都、鵜飼肱川あらし：冬、河口に現れる霧「おはなはん」のロケ地(http://henro8.net/500ye/oozu.html)(http://www.city.ozu.ehime.jp)

横須賀 田浦もと海軍の軍港
捕鯨船や護衛艦が見えた。

隣：海洋物理：杉之原助手、宮田助手、増田章さん、竹内さん、深澤君、岸君、松野君、山形さん
学部からの同学年：近藤豊さん、大畑さん
修士課程：乱流境界層の２次元数値シミュレーション
博士課程：波と流れの相互作用
勉強はよくした。研究は？ 「発見」の喜び。
目標：就職（S52）、Ｄ論（S53）、結婚（S55、現在：娘1、息子1）
昭和５２年：郵政省電波研究所入所（公務員試験）
公務員新人研修（苦痛）
霞が関課長補佐クラスと審議官クラスの差
研究所新人研修（福島円特別研究室、田中浩さん、増田悦久さん）
鹿島支所（茨城県）へ配属
５つの衛星計画（ETS-II、ECS、CS、BS、ISS）「仕様書書いてハワイへ行こう」
BSテレビ信号実験計画書作成？？
Cバンドドップラレーダ（仕様書：田中浩さん？）1990年頃の電波研究所鹿島支所

50mステー阿波加さん、古津さん、
岡本謙一さんは国分寺、畚野さんも国分寺（部付主任研究官）
藤吉さん見学
海洋観測（気象研、降旗さん）
雨域散乱計／放射計（仕様書：岡本さん）実験
外国：科技庁海外派遣？ CHILL radar （偏波レーダ）？
NASA GSFCへ（1985.2－1987.2、２年間）
David Atlas、内藤恵吉さん、畚野さん
航空機によるレーダ観測、R. Meneghini、T. T Wilheit、
D. A. Short、D. Clem …
Wallops Flight Facility、
Wallops Rocket Launching Facility (SPANDAR radar）
Chincoteague Island
この間、TRiMTRMM浮上（G. North、J. Simpson、J. Theon、R. Kakar、…）
鍛えられた。根性が少しできた。
帰ってきたら：井口さん、花土さん

工学と理学
精密なBit Error Rate (BER)の予想と実測
不明な雑音レベル3dB（古津さん）（like Pensias Wilson)
電波星測定（アンテナ測定：川口則行さん（天文台））
装置の「鬼」
実証検証
できるように作ったものがその性能を出していることを確かめるだけ。何が面白しろいのか。
現在の衛星アルゴリズム検証とは異なっている。
ついでに役所仕事
提案書書き（なぜ郵政省がやらなければならないのか、など）
奇怪な納入検査への驚き

勉強は良くやった。
準非線形問題（対流、シア乱流、．．．、一般性）解ればよい。：理学的？直接には役には立たない？
Coriolis力、Ekman spiral、45度
2Ω not Ω、western boundary current、台風
１波長でも傾圧不安定、メカニズム：ややこしい
湿潤大気の熱力学
フラックス（放射、物質）
大気化学(http://contest.thinkquest.jp)

名古屋大学大気水圏科学研究所共同研究観測プロジェクトセンター（１９９４年４月から、民田技術職員と同期）
故武田先生は航空機を期待？
助教授：増澤さん、技官山本さん、助手：玉川君（岐阜大）、樋口君（千葉大）
電波研・通信総研出身者（松浦STE所長）、田中浩さん（IHAS）、柴田さん（環境学）、菊池さん（STE）、徳丸さん（STE）、文化の違い体験「大学人は spoil されている」、「所長がさっさと決めればよい」、「“面白い”が提案理由になる！」、…
GAME国際事務局
武田先生からの要請。国内事務局：福嶌先生
GAME International Project Office (GIPO)：毎年
GAME International Conference：隔年（日本、韓国、中国、タイ）ユネスコIHP国際研修コース
今年度：２２回目
Convener：３回、幹事・主査：199?－2005.3、2011.4－
TRMM打ち上げ（1997）：いろいろの解析を学生とともにやることができた。
改組（２００１年）地球水循環研究センターセンター長：2001.4－2005.3、2011.4－2013.3
不用意な発言－文部省から注意？
科学とは何か、大学とは何か、研究センターとはなにか、共同利用研とは何か、．．．
大学の研究：個々の創発による研究。自由とボトムアップが基本。
教育：組織として行う。
運営：教授レベル。健全なガバナンス
役人文書の読解能力
個々人は良くやっている。放っておいてもいくらでも働く。成果もきちんとある。それでも外部からの「圧力」があり対応し動かなければならない。大学そしてセンターも社会の中の一組織である。

大学：学生あっての大学かつ学生は活力の元
博士
李君、Adhikari君、広瀬君、Bhatt君、山本君、Ngaさん、民田君、Singhさん、Threshta君、今岡君
修士
卜部君、Perapol君、Edvin君、 Bhatt君、広瀬君、 Singhさん、芝川君、遠藤君、米田さん、猪飼君、長谷部君、近藤さん
八田さん、山本君、松原君、高橋君、佐々木君、永田さん、島岡君、山上君、白津君、梅川さん、（抜けている？）

多くの同僚、特に上田博さん、多くの事務担当者、坂野さん、羽賀さん
秘書：澤田陽子さん、田中知子さん、そして家族獨協大学埼玉県草加市（草加せんべい）(http://www.dokkyo.ac.jp/)(http://www.dokkyo.ac.jp/)