第6回宇宙総合学研究ユニットシンポジウム	
人類はなぜ宇宙へ行くのか４	
2013年2月3（日）	

宇宙から地球を見る‐地球観測衛星の役割‐	

宇宙航空研究開発機構	
宇宙利用ミッション本部	
地球観測研究センター長	
福田 徹	

内容	
• 宇宙を利用する（概論）	  • 人工衛星による地球観測	
• 世界の地球観測衛星	
• JAXAの衛星計画	
• ALOS“だいち”画像の魅力	

1	  生活の一部・宇宙利用	
固定衛星通信	

企業内利用	CATV	  

TV取材	

ひまわりと地球画像	

放送衛星とテレビ	

防災	

離島	

通信衛星と通信	GPSとカーナビ	

2	  宇宙を利用する	
宇宙の	特徴	

電波塔	
広い	視野	

エネルギー	
・資源	

監視カメラ	
気象衛星（ひまわりなど）	
地球環境観測	
災害監視	

新たな世界	
宇宙環境	
微小重力	
宇宙放射線	など	

通信衛星（ＣＳ）	
放送衛星（ＢＳ）	
データ中継衛星	

灯台	
ＧＰＳ	

地球観測	
3	  高さの違い	
ひまわり	
(静止衛星)

だいち（地球観測衛星）	

30000km
700km
600km
ＧＰＳ	

国際宇宙ステーション	

500km

20000km

スペースシャトル	

400km
ジェット旅客機	

300km
10000km
10km

200km富士山 3776m	

5 km

宇宙観光
（弾道飛行）	

100km
4	  人工衛星・宇宙ステーションの高さ	
国際宇宙ステーション	（高度400km）	
（地球半径の16分の1）	

静止衛星軌道	（高度36,000km）	
（地球直径の約3倍）	

地球観測衛星	地球	（高度800km）	

（半径：6,400km）	

5	  人工衛星による地球観測	6	  「リモートセンシング」による地球観測	
リモートセンシングの定義	  物理的な接触をせずにセンサによって収集されたデータの解析を通じて、対象物や対象地域の情報を取得する科学技術．
特に、地球表面と地球大気を対象として上空から観測することを地球観測とする．
[Ress,	  2001,	  Lillesand	  et	  al.,	  2008]	  リモートセンシングの原理	

http://www.eorc.jaxa.jp• すべの物質は電磁波に対して特有の反射・吸収・透過特性を持つ	
• 物質から反射・放射される電磁波をセンサにより観測することで対象物の情報を取得	
7	  光･電波によるリモートセンシング	

人の目に見える波長	

・人の見た目と同様の画像（関東地方)

センサの種類：放射計
(カメラ)
赤外	

電波	

光	

・森林/風・植物 倒被害	活性度 	・水色	 ･地表面 ･海面(植物プラ	温度	 温度	ンクトン)	

･海面 ･海氷	
温度	 分布	(雲透過)・マイクロ波の画像	 8	  生き物は「リモートセンシング」を使っている	

紫外線で蜜の在り処を見つける	

色によって食べ物を見分ける	
超音波の反射から獲物までの距離や大きさを知る	 METI/JAXA	

画像引用：	
東京大学大学院新領域創成科学研究科河村正二研究室	
BJORN ROSLETTI SCIENCE PHOTO LIBRARY	
島根県立三瓶自然館サヒメル	

9	  光と電波の見え方の違い	

METI/JAXA	

光学センサ	LANDSAT/TM

マイクロ波センサ	
JERS-1/SAR
10	  地表分解能の比較（シミュレーション）	

50 cm	

2.5 m	

10 m	

30 m	
11	  地表分解能と対物鏡のサイズ	
対物鏡（レンズ）	

センサ	

λ・ ｈ	
地表分解能	 ＝ １．２２ 	ｄ	（理論的限界）	
λ： 観測波長	ｈ ： 衛星の高度	
ｄ ： 対物鏡の直径	12	地球観測衛星の軌道	
1．静止軌道	

2．低軌道	

赤道上空約36,000km	
（気象衛星、通信衛星など）	

地表から約800km	
（地球観測衛星など）	

数日後	

12時間後	

さらに数日後	24時間後	

十日後に同一地点の上空に定期的に戻ってくる（準回帰軌道）。このときには必ず前回と同じ時間帯に通過する（太陽同期軌道）	
衛星の周期が地球の自転周期と同じ24時間のため、地上から止まっているようにみえる。	

13	  周回観測で良く使われる 太陽同期軌道と準回帰軌道	

地球上のどの地点も１年中同じ地方時に観測

何日かごとに同一地点の上空に戻ってくる	14	  15	  

世界の地球観測衛星	

16	

世界初の気象観測衛星 TIROS Ⅰ	
1960年4月1日打上げ（スプートニクの２年半後）	

17	  気象衛星観測網	

18	

地球観測衛星の幕開け： ERTS-1（Earth Resources Technology Satellites)	
後に Landsat-1 と改名 1972年7月23日打上げ	気象衛星 Nimbus 	のバスを利用	

地表分解能 80m	
日本の衛星地球観測は Landsat の受信から始まった（1979年〜）	

19	

陸域観測衛星シリーズ	
L1	
L2	
L3	

Landsat シリーズ
（米国）	

L4	
L5	

LDCM
L6	

L7	

SPOT-1	SPOT-2	SPOT シリーズ
SPOT-3	（フランス）	
SPOT-4	

PLEIADESSPOT-5	
1970	
日本の陸域
観測衛星	

1980	
1990	
MOS-1	
MOS-1ｂ	
ADEOS	JERS-1	

2000	

2010	

2020	

ASTER/Terra
ALOS	

20	

衛星を用いた地球観測の世界：高分解能衛星（除 軍事（安全保障関連）及び気象）〜主要国、保有衛星（含 打上予定）及びキーワード〜
欧州＜1991〜＞	
（ERS,ENVISAT,CosmoSkyMed:2007.6.8）	
2号：2007.12, 3号：2008, 4号：
2009•衛星継続性	•SAR（Cバンド & Xバンド）	
•高分解能化（1m)

独国＜2007~＞	
（TerraSAR-X: 2007.6.15, SarLUPE:
2006.12 1号, 2号2007.7.3, 3号2007末, 4、5号2008）	
•衛星継続性	•SAR（Xバンド）	
•商業化（Infoterra)•高分解能化（1m）	
韓国＜1999〜＞	
（KOMPSATシリーズ)（1〜2）	
•衛星継続性	•光学	•商業化（ＫＡＩ）	
•高分解能化（1m：2号）	

（財）リモート・センシング技術センターの情報に基づく	

中国＜1999〜＞	
（CBRESシリーズ（1〜5）、	
SSTLシリーズ：tsinghau（2機）	
CZ-2Cシリーズ：Tansuo(2機）	
HJ（3機）	
High Resolution Stereo
Imaging
Satellite: 2008分解能2.5m
衛星継続性	
•光学	
•分解能（４ｍ：CBERS3号2008.3予定）	

日本＜2006〜＞	
ALOS
•光学	
•SAR（Lバンド）	
•高分解能化（2.5m）	

加国＜1995〜＞	
（RADARSATシリーズ（1〜2））	
•衛星継続性	•SAR（Cバンド）	
•商業化（MDA社）	
•高分解能化（3m：2号 2007末予定）	

台湾＜1999〜＞	
（ROCSATシリーズ（1〜2））	
•衛星継続性	•光学	•高分解能化（2m：2号）	
仏国＜1986〜＞	
（SPOTシリーズ（1〜5）、PLEIADES(2009年予定））	
•衛星継続性	•光学	•高分解能化（70cm： PLEIADES ）	
•商業化（SPOT.I社）	

イスラエル＜2000〜＞	
（EROSシリーズ（A1〜B1））	
•衛星継続性	•光学	•高分解能化（70cm：B1）	
•商業化（I.I.社）	

SSTL社系＜2002〜＞	
（AISAT-1（アルジェリア）、 UK-DMC（英国）、	NigeriaSat-1（ナイジェリア）、BILSAT-1（トルコ ））	
•衛星継続性（複数衛星同時運用）	
•光学	

印国＜1988〜＞	
（IRSシリーズ（1A〜1D、P1〜P5、P6））	
•衛星継続性	•光学
2007.1打上	•高分解能化（1m以下：Cartosat-2)	

タイ＜2008.10.1＞	
（ＴＨＥＯＳ）	
•光学	
•分解能（2m）	
マレーシア＜2008予定＞	
（RazakSAT）	
•光学	
•分解能（2.5m）	
インドネシア＜2007.1.10＞	
（LAPAN-TUBSAT）	
•光学	
•分解能（5m）	

米国＜1999〜＞	
(IKONOS、QuickBird、Orbview3 等）	
•衛星継続性	•光学	•ハイパースペクトラル	
•商業化（S.I.社(2006.1,O.I社に吸収)、D.G.社、O.I.
社）	
•高分解能化	
GeoEye-1(旧称：OrbView-5):
P=41cm M1.64m: 2008.9.7 打上	
WorldView-1: P=45cm: 2007.9.18 打上	

21	

注：各国覧中の表示年は、はじめの衛星の打上げ年を示す	

THEOS(Thailand Earth Observation Satellite)
タイ初の地球観測衛星。土地利用把握、森林管理、農作物監視、沿岸域監視、タイ北部一帯の不法作物（アヘン等）の監視、地図作成、将来のインフラ計画などに利用	
打上げ

衛星

日時場所
ロケット重量2008年10月1日
ヤスニー（ロシア）
ドニエプル
750kg

姿勢制御

三軸安定方式

高度種類
軌道
傾斜角
回帰
設計寿命
製造企業
搭載機器

約822km太陽同期軌道
98.7度
26日
5年
EADSアストリウム社
分解能：2m（パンクロ）
15m（マルチ、 4バンド）
観測幅：22km（パンクロ）、99km（マルチ）

SPOTと同一の軌道	

22	

23	

JAXAの衛星計画	

24	  JAXAの衛星計画（地球観測、通信、測位分野）	
ターゲット	

観測センサ等

災害監視	
資源探査	

合成開口レーダ			
光学センサ	

2005
年度	 H17

2006
H18

2007
H192008
H202009
H212010
H222011
H23

2012
H24

2013
H25

2014
H26

2015
H27

2016
H28

2017
H29

2018
H30

ALOS-2（合成開口レーダ）

PALSAR（合成開口レーダ）[陸域･災害観測]「だいち」（ALOS）

ALOS-3 （光学）PRISM, AVNIR2（光学）[降雨観測]

降雨レーダ				マイクロ波放射計	
気候変動／	水循環			
地球温暖化	

GPM/DPR

TRMM/PR【日米協力】【日米協力】[海面水温, 水蒸気, 土壌水分]

GCOM-W/ AMSR2

Aqua/AMSR-E【日米協力】[植生, エアロゾル, 雲, 海面水温, 海色]

GCOM-C/ SGLI

光学センサ			雲レーダ	[雲とエアロゾルの3次元構造]

EarthCARE/CPR【日欧協力】

分光計	

GOSAT-2「いぶき」（GOSAT）[CO2, メタン]通信	

移動体通信		超高速インターネット通信	
データ中継衛星	

測位	

[CO2, メタン]

「きく8号」（ETS-VIII）

次世代情報通信衛星「きずな」（WINDS）

DRTS後継「こだま」（DRTS）「みちびき」（QZSS）

準天頂衛星	
運用中	

開発中

研究中

25	  

陸域観測技術衛星（ALOS）シリーズ	
l 高分解能と比較的広い観測幅を持ち、沿岸域、離島の観測などに威力l 合成開口レーダにより夜間、悪天候時も波浪、海氷などの情報が得られ、また船舶検知も可能
平成18年1月	

平成23年5月	 平成25年度	 平成27年度以降	

ALOS-­‐2	  (合成開口レーダ)	
ALOS-­‐3	  (光学センサ)	

だいち(ALOS)	  	  (光学	  &	  合成開口レーダ)	

夜間・悪天候でも観測可能な、最大490ｋｍの広観測幅、最高分解能1ｍ〜3ｍのLバンド合成開口レーダを搭載 	

ALOS-2 (合成開口レーダ(SAR)) (平成25年度打上げ)	

だいち(ALOS)(光学センサ & 合成開口レーダ(SAR))	(平成18年1月〜平成23年5月)	

広観測幅(50km)・高分解能(0.8m)を両立した光学・立体視センサを搭載し、３次元のグローバルな地理空間情報を取得。		

ALOS-3 (光学センサ)(平成27年度以降打上げ)	

26	  “だいち”による広範囲の津波被害把握	
3月14日午前「だいち」により岩手から関東の沿岸域を観測（観測幅70Km)	

黒い部分が浸水域	

ü広範囲の沿岸部が冠水している状
況を観測ü海上に津波に流されたと考えられる漂流物を確認
ü「だいち」は広域
俯瞰的な被害状
況の把握に有効	

漂流物	

27	  

センチネルアジアによる観測協力	

28	  “だいち”による湛水面積の把握（発災直後〜約１ヶ月継続）	

29	  “だいち”レーダーによる海上漂流物の検出	

3月13日
22時頃撮影仙台湾周辺（39個の漂流物を検出）	

南相馬市〜いわき市沖合周辺（27個の漂流物を検出）	 30	  “だいち”レーダーによる東日本大震災の地殻変動観測	

電子基準点による地殻変動量	
Copyright: 国土地理院	

31	  合成開口レーダ（SAR)による差分干渉解析	

32	  高精度地盤変動測量（国土地理院）	
地震	

地すべり	

火山	

地盤沈下	

平成19年（2007年）
新潟県中越沖地震	

平成19年（2007年）
能登半島地震）	

（東京都・硫黄島）	

（青森県・岩木川流域）	

発生場所不特定	
災害発生時に緊急に解析	

発生場所予め特定	
定常的な監視・解析	
33	  

羅臼岳	
石狩平野	

定常的な監視・解析対象地域	

雌阿寒岳	
十勝岳	

有珠山	
北海道駒ケ岳	岩木山	

釧路平野	
樽前山	

十勝平野	

津軽平野	
八戸地区	
岩手山	

秋田焼山	

優先して解析する地域	

秋田駒ヶ岳	

地盤沈下地域
火山地域

１６地域	

新潟平野	

仙台平野	

那須岳	
草津白根山	

３９地域 	

蔵王山	吾妻山	
安達太良山	
磐梯山	

浅間山	
金沢平野	

鶴見岳・伽藍岳	

広島平野	

濃尾平野	

佐賀平野	

雲仙岳	

大阪平野	

阿蘇山	

関東平野北部	

御獄山	

関東平野南部	

富士山	

九重山	

箱根山	

栗駒山	

伊豆大島	
新島	

九十九里平野	

神津島	 三宅島	
伊豆東部	

静岡平野	
御前崎	

伊豆鳥島	

霧島山	
開聞岳	
薩摩硫黄島	
口永良部島	

桜島	

中之島	
諏訪之瀬島	
※火山は国土地理院・気象庁・大学研究機関が重点的に	観測を行っているものを優先する	

硫黄島	

34	  

“だいち”によるブラジル森林伐採監視	

©JAXA,METI

1995年（ふよう1号）	

©JAXA,METI

2007年（だいち）	

2007年9月からブラジル・環境及び再生可能天然資源院（IBAMA）に対して「だいち」（ALOS）搭載の合成開口レーダ（PALSAR）により取得したデータを概ね５日に１回提供し、準リアルタイムで違法伐採を含む森林伐採領域の特定・監視に協力。
これにより、ブラジル国内における森林伐採を、2007年までの19,000平方kmから、2009年の7,000平方kmと激減させることに貢献。	
35	  地球環境変動観測ミッション（GCOM)	
l地球環境変動観測ミッション（Global Change Observation Mission：GCOM）は、地球規模での気候変動、水循環メカニズムを解明するため、全球規模で長期間観測を継続し、データを気候変動研究や気象予測、漁業などで利用することを目的とし、ふたつの衛星シリーズで構成される	ü水循環変動観測衛星（GCOM-W）：降水量、水蒸気量、海洋上の風速や水温、陸域の水分量、積雪深度などを観測	ü気候変動観測衛星（GCOM-C）：雲、エアロゾル（大気中のちり）、海色、植生、雪氷などを観測	l海面水温、海色、海上風など海洋の基本的なパラメータも取得	

GCOM-W

GCOM-C36	  GCOM-W1“しずく”の初画像	

地球全体の擬似カラー合成画像 （2012年7月3日9:00JST〜4日9:00JST）	
37	  北極海海氷の面積 観測史上最小記録	
2012年9月16日 しずく/AMSR2[検証中]	
が観測した海氷分布（観測史上最小面積）	
北極海海氷面積の変化	
北極海海氷面積の長期変動（1978年-2012年）	

1980年代の9月最小時期の平均的分布	
（米国衛星搭載マイクロ波センサの解析結果）	
38	  衛星で捉えることのできる気象要因	
降水量	

土壌水分量	

日射量	

地表面温度	

39	39	  漁業操業の効率化に貢献	

漁業情報サービスセンターにおける、全天候海面水温プロダク
トの定常利用による魚海況情報発信の高頻度化(毎週→毎日)
により、漁船の操業
効 率 化 に 貢 献（2004.4から）	

AMSR-Eを併用して作成された海面水温図と漁場の関係 （JAFIC提供)

40	  エルニーニョ現象・ラニーニャ現象の監視	

監視領域	

マイクロ波放射計で観測した海面水温	

2009年夏〜2010年春	
エルニーニョ	

2010年夏〜2011年春	
ラニーニャ	41	  

土壌水分量の観測（干ばつ監視）	
• マイクロ波センサにより土壌水分を観測することが可能	

[農林水産省 海外食料需給レポート2012年6月、7月より] 	
42	  光合成有効放射量	2012年8月後半の	光合成有効放射量	
（平年からの偏差） 	

43	  地表面温度	

2012年8月後半の	地表面温度 	44	  降水観測ミッション／雲エアロゾル放射ミッション	
全球降水観測/二周波降水レーダ	  （GPM/DPR）	  雲エアロゾル放射ミッション/	  雲プロファイリングレーダ（EarthCARE/CPR）	  n二周波降水レーダ（DPR）及び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（イメージャ/サウンダ）を搭載したコンステレーション衛星群により、全球降水の高精度・高頻度観測を行なう国際協力ミッション。	  

n大気中の雲・エアロゾルの三次元観測を行うことにより、気候変動予測や気象予測の数値モデルにおける誤差の大幅な低減を行う日欧共同プロジェクト。	  
nJAXAはコアセンサであるCPRを開発。	  
ESAは衛星バスやライダ等の3センサを開発。	  
nCPRは世界初となるドップラ計測機能を持つWバンド雲レーダ。雲の立体構造と内部の対流の様子を観測することが可能。	  

n主衛星は日米共同プロジェクト。	  
JAXAはDPRを開発。NASAは衛星バスやマイクロ波放射計を開発。	  
nDPRは３次元の降水量が観測可能な世界で唯一の降水レーダ。２つの周波数での同時観測により弱い雨や雪も観測可能。	

主衛星	
コンステレー
ション衛星	

雲プロファイリング
レーダ（CPR）	

45	  衛星観測による世界の雨分布速報	

l 日米欧の衛星の観測データから作成した「世界の雨分布速報」	
l 緯度・経度0.1度格子（赤道付近で約11km四方）毎に雨量を算出	
l 観測後約4時間遅れで提供、1時間毎に更新	
46	  GSMaPによる2011年タイ国大洪水の解析	

Images	  and	  data	  provided	  by	  Dr.	  T.	  Kubota	  of	  JAXA/EORC.	  

47	  温室効果ガス観測技術衛星“いぶき”（GOSAT）	
Jan.	

2010	

Jan.	

Apr.	

Apr.	

Jul.	

Jul.	

Oct.	

2011	

Oct.	

季節別の二酸化炭素全球分布（いずれの季節も年々増加している）	

温室効果ガス観測センサ	
（干渉計）	
世界最高の分光分解能	

雲・エアロソルセンサ（可視・近赤外イメージャ）l 目的：温室効果ガスの全球の濃度分布を測定し、先進国の排出量削減効果の把握に貢献	
l 国際的優位性： 世界唯一の二酸化炭素・メタン観測専用衛星、センサ技術・データ処理技術で世界をリード	

48	  “いぶき”観測データを用いて推定した二酸化炭素分布	

国立環境研究所 GOSAT User Interface Gateway (GUIG) より	

49	  ALOS“だいち”画像の魅力	

50	  イグアスの滝	

ガンジス川河口	51	  ブラジル・パラナ川	

ブラジリア	

52	  

ボリビアの農地	

サウジアラビアの円形農場	

53	  サウジアラビア・ルブアルハリ砂漠	

シベリアの湖沼	54	  オーストラリア・プリンセスシャーロットベイ	

パタゴニア	55	  “だいち”によるステレオ観測	
前方視、直下視、後方視の視差を用いて標高を抽出	

56	  “だいち”による地図の更新	
“だいち”で見た硫黄島	

拡大画像		

反映

旧	

国土地理院	

新（2007年8月更新）	

国土地理院	

57	  58	  59	  60	  61	  まとめ	• 地球は足元にあるが、身の回りを超えた世界のことは意外に知らない	• 高い視点から眺めることにより様々な「もの」や「こと」が「見えて来る」	
• 衛星リモートセンシングの技術は、宇宙からの地球の「観測」を可能にし、すでに気象、防災、環境監視、漁業の分野で使われている	
• さらに大きな可能性を秘めている	• 異分野交流が必要！	
62