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水・雪氷

水・雪氷

地球上には水が様々な形で存在します。湖沼や海といった液体での存在以外に、大気中の水蒸気、降水、地表面や海表面の氷の観測が衛星を利用して実施されています。ここでは、降水と水蒸気について、雪氷についてのデータの簡単な説明と、関連するサイトの紹介を行います。

降水量(降雨・降雪)

降水量の把握については、気象観測の範囲ですので、ここではごくおおまかに触れるだけにします。気象庁や気象研究所といったところで、概要だけでなく専門的な内容が紹介されています。
降水量把握は日本では、地上レーダ、地上観測点が多く、歴史も大変古いです。2014年3月現在、日本ではアメダスと気象レーダーで降水量を把握しています。一方、衛星による降水量把握は、比較的新しく、1997年に打ち上げられた熱帯降雨観測衛星TRMM衛星が初めてです(これは継続的な直接観測センサという意味あい)。衛星によるメリットは、観測点が少ない国々や海上でもデータが取得できることです。降水量把握と関連の深い水蒸気や雲に関するデータなどは、国内外の静止気象衛星だけでなく、極軌道の地球環境観測衛星、低緯度地域を中心に周回する衛星などでデータが取得されており、1-4kmメッシュ程度の世界規模の情報が、数時間置きに取得できます。日本では第一期水循環変動観測衛星「しずく」GCOM-W1も含まれます。

これらのデータを改良するGPM計画ですが、 副衛星を含め稼働するようになると、3時間置きに全世界のデータが取得できるようになります。 日本ではこれに先駆けて準リアルタイムの視覚的表示速報システム「世界の雨分布速報」を開発しています。

熱帯降雨観測衛星(TRMM)の降雨レーダ(PR)、クラウドサット衛星(CloudSat)の雲レーダ(CPR)、第一期水循環変動観測衛星「しずく」(GCOM-W1)衛星の高性能マイクロ波放射計2(AMSR2)などのセンサが、精度向上のため利用されており、2014年に打ち上げられたGPM衛星に搭載されたDPRセンサでも雲の三次元分布などの、視覚的に認識しやすい衛星データが得られるようになってきました。台風の発達などについても準リアルタイムの情報が取得できるようになってきています。雲・降水量分布については、TMI,AMSRなどのマイクロ波放射計と、PR,CPR,DPRなどのレーダタイプの観測方法が主に利用されています。TRMMのPRは1周波のレーダーですが、2014年打ち上げのGPMのDPRは、2つの異なる波長のレーダを利用することで、全体の降水量だけでなく、雲の中のどこで降雨降雪しているかという3次元構造的分布がわかるという点です。

GPMは、低緯度地域を観測する主衛星の他、副衛星として、DMSP F19衛星(2014年予定?)とDMSP F20衛星(2020年予定?)、JPSS-1衛星(2017年予定)、MetOp B(2012年~)およびMetOp C衛星(2017年予定)、Suomi-NPP衛星(2011年~)、Megha-Tropiques衛星(2011年~)、NOAA 19衛星(2009年~)、GCOM-W1衛星(2012年~)の極軌道方向に周回する衛星で構成されており、米日仏印欧の協同プロジェクトです。

光学データを一見すると、雲情報と森林火災や火山噴火による煙の区別はつきません。しかしながら、煙による冷却効果が雲より小さいことや、煙が広がっている領域のエアロゾルに着目すると区別することができそうです。

雪氷(表面・厚さ)

地表を覆う雪や氷について、メッシュ単位のデータが整理されつつあります。米国ではNOAAにNOAA衛星他で取得した衛星データを整理したデータインデックスがあります。また、ESAでも降雪範囲(snow extent featuring Fractional Snow Cover(FSC))と積雪水当量(snow water equivalent(SWE))が含まれたデータセットが公開されています。1995-2012年のENVISAT衛星の光学センサAATSRやERS-2のATSR-2の北半球データ、1979-2012年のマイクロ波放射計のSMMR、SSM/Iセンサデータとなっています。

雪氷で実施する観測項目については、言葉などの定義があり、研究分野の人でない場合少し難しく感じます。解説がpolarview.orgサイトにありましたので参考にしてください。雪氷についての観測方法は、マイクロ波放射計やレーザーレーダによる方式があります。 流氷データ 湖氷の厚さの変化、湖水が底まで凍っているかなど、マイクロ波SAR方式のセンサでも計測が行われています。 厚さなどポイントについてはENVISATなどに搭載されているレーダー高度計(RA)や、アイスサット(ICESAT)やクライオサット(Cryosat-2)に搭載されているレーザー高度計も威力を発揮します。

北極・南極の氷の減少

北極・南極地域の氷の減少については、近年急速に進んでいる状況が衛星データからわかります。2013年2月28日には、35年間の中で5番目に北極域の氷の少ない記録を達成。更に、氷の後退は冬場よりも夏場に急速に進んでいます。一方、南極周辺については面積はほぼ横ばい(ここ数年はやや増大傾向)が続いており、その年や季節毎の変化が異なるため厚さや流出する場合の移動など詳細な観測が進められています。