2018 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of cloud microphysics and vertical velocity by synergy use of next generation space-borne active sensors
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17H06139
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
岡本 創 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (10333783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 伸夫 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, フェロー (90132852)
石井 昌憲 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所リモートセンシング研究室, 主任研究員 (70359107)
佐藤 可織 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (00584236)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | 地球観測衛星 / 雲 / ライダ / レーダ / 風速 / ライダ多重散乱過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年に打ち上げ予定のEarthCARE衛星に搭載される高スペクトル分解ライダATLIDと同じ波長355nmで観測可能な多視野角多重散乱ライダと、波長532nmのスキャン型干渉計を用いた多重散乱高スペクトル分解ライダをそれぞれ完成した。多視野角多重散乱ライダ観測データ解析によって、波長355nmで衛星ライダと同等の光学的に厚い雲のライダ多重散乱信号の初の観測データ取得と、多重散乱型高スペルトル分解ライダによってライダー比の初期観測に成功した。2018年8月に打ち上げに成功した高スペクトル分解機能を持つ波長355nmのドップラーライダを搭載したADM-Aeolus衛星観測と同期したドップラーライダ、多視野角多重散乱ライダ観測をAeolus検証チームとして実施し、風速の鉛直構造や氷雲の後方散乱係数の比較検証の初期解析結果を得て、第1回Aeolous CAL/VALワークショップで発表した。衛星搭載ライダによって観測される光学的に厚い下層雲の微物理特性解析を行う目的で、Vectorized Physical Model(VPM)を開発した。Ｎ回散乱による位相行列を解析的に求めることで、初めて衛星搭載偏光ライダ特性をモンテカルロ法と比較して精度を損なわずにはるかに高速に理論計算することが可能になり、雲微物理特性の高精度解析へ道を拓いた。成果はOptics Express誌に掲載され、質的に優れた、当該分野を代表する研究としてEditor’s Pickに選出された(Sato et al, 2019)。EarthCARE衛星搭載94GHzドップラー雲レーダによる降雪粒子抽出アルゴリズムの開発と検証用に、94GHz雲レーダ搭載衛星CloudSatと全球降水観測計画（GPM計画）の主衛星に搭載されている二周波降水レーダ(DPR)のDual Frequency Ratio (DFR)のデータと降雪粒子抽出解析を開始した。強い降雪領域で我々のCloudSatの解析結果とGPMの結果は良く対応していたが、NASAのCloudSat標準プロダクトでは強い降雪が抽出されていないという初期結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多視野角多重散乱偏光ライダ、多重散乱型高スペクトル分解ライダ、ドップラーライダを中心として構成される最先端衛星アクティブセンサ複合解析システムの構築を目指しているが、2021年度打ち上げ予定のEarthCARE衛星に搭載される波長355nmの高スペクトル分解ライダと同じ波長355nmの多視野角多重散乱偏光ライダとCALIPSO衛星搭載の波長532nmで初めて多重散乱型高スペクトル分解ライダの開発と観測に成功した。また、従来衛星搭載偏光ライダの多重散乱光の解析に不可欠な高速な手法が存在しなかったが、今回ベクトル型物理モデル(VPM法)の開発と検証に成功した事で、初めて実用的な衛星搭載偏光ライダの解析が可能となった。2018年8月に打ち上げられたドップラーライダを搭載したAeolus衛星と同期したドップラーライダと多視野角多重散乱偏光ライダの観測も実施する事ができ、風速の鉛直構造と、雲の後方散乱特性に関する初期同期解析結果も得る事ができた。これらの進捗状況から、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
地上型高感度型多視野角・多重散乱偏光ライダ、多重散乱型多波長高スペクトル分解ライダ、多重散乱型ドップラーライダを開発し、これら複数の測器を組み合わせた次世代型衛星アクティブセンサ複合解析システムによる雲とエアロゾルの同時観測を実施する。ベクトル型物理モデル(Physical Model)の拡張を行い、衛星搭載ライダや次世代型の観測機器で得られる信号のシミュレーションを可能にする。これらの測器の観測データ、VPM法、そして氷粒子の非球形散乱理論計算に基づく衛星搭載レーダとライダの雲の微物理特性解析アルゴリズムの検証と改良を実施する。ドップラー雲レーダとドップラーライダの同時観測を実施し、雲粒子の落下速度と鉛直流の分離や風速の鉛直シア抽出を実施する次世代型地上観測システムの観測結果と解析結果を用いて、雲-エアロゾル相互作用と雲対流機構の研究を実施する。2018年度に打ち上げに成功したAMD-Aeolus衛星搭載のドップラー高スペ クトル分解ライダの解析に適用可能なアルゴリズムを開発し、次世代型観測システムとVPM法で検証と改良を実施する。ミーライダを搭載したCALIPSO衛星とADM-Aeolus衛星の雲粒子とエアロゾル粒子の全球特性の比較解析を実施する。次世代型地上測器による同時観測解析から、EarthCARE衛星搭載ドップラー雲レーダと高スペクトル分解ライダ解析用アルゴリズムの開発と検証を実施する。
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[Journal Article] Overview of Earth, Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE) - Integrative Observation of Cloud and Aerosol and Their Radiative Effects on the Climate System -2019
Author(s)
Kikuchi, M., Oki R., Kubota T., Yoshida M., Hagihara Y., Takahashi C., Ohio Y., Nishizawa T., Nakajima T. Y., Suzuki K., Sato M., Okamoto H., Tomita E.
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Journal Title
J. Remote Sensing Society of Japan
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Next-generation-synergetic-observation-system for the unified analysis of CALIPSO, ADM-Aeolus and EarthCARE-ATLID2018
Author(s)
Okamoto, H., K. Sato, S. Ishii, M. Aoki, T. Nishizawa, N. Sugimoto, Jin. Y., Ohno Y., Horie H.
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Journal Title
19th Coherent Laser Radar Conference
Volume: CLRC 2018
Pages: We6-1-We6-1-4
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Results of validation experiment for Aeolus in Japan2019
Author(s)
Ishii S., Iwai H., Aoki M., Baron P., Amagai J., Kawamura S., Yamamoto M., Ochiai S., Nishizawa T., Jin Y., Sugimoto N., Okamoto H.
Organizer
Aeolus CAL/VAL and Science Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] Validation of the EarthCARE ATLID and MSI products using ground-based lidar and sunphotometry measurements in East Asia2018
Author(s)
Nishizawa T., Higurashi A., Kudo R., Irie H., Yasunaga K., Katsumata M., Yumimoto K., Ishii S., Okamoto H., Sato K., Katagiri S., Nakajima T
Organizer
1st earthcare validation workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] Next-generation-synergetic-observation-system for the unified analysis of CALIPSO, ADM-Aeolus and EarthCARE-ATLID2018
Author(s)
Okamoto, H., K. Sato, S. Ishii, M. Aoki, T. Nishizawa, N. Sugimoto, Jin. Y., Ohno Y., Horie H.
Organizer
19th Coherent Laser Radar Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Cloud and precipitation microphysics from A-Train and EarthCARE2018
Author(s)
Okamoto H., Sato K., Ishii S., Ohio Y., Horie H., Nishizawa T., Kikuchi M., Sakai Y., Iguchi T., Takahashi N., Oikawa E.
Organizer
SPIE, ASIA PACIFIC REMOTE SENSING
Int'l Joint Research
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[Presentation] Large-Sparse Cloud (粒径大きく個数密度少ない雲)の CPS ゾンデとライダの同時観測結果2018
Author(s)
岩崎杉紀, 藤原正智, 柴田隆, 内野修, 森野勇, 岡本創, 佐藤可織, 片桐 秀一郎, 坪木和久, 小野貴司, 杉立卓治
Organizer
2018年度気象学会秋季大会
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