3-D structure of thundercloud estimated by imaging on the ground and from micro-satellite

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22021
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 高橋 幸弘 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50236329)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 積乱雲 / 立体構造 / 超小型衛星 / 地上観測 / 撮影

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、近年一般にも普及が進んでいる3Dモデル作成ソフトウェアを使うことで、衛星及び地上の複数の観測点から雲撮像を行い、それらから雲の高解像度3Dモデルを連続的に提供する手法の確立を目的とする。稼働している申請者グループが独自開発した超小型衛星を用い、対象物に視野方向を固定したまま数秒以内に複数回撮像するターゲットポインティング撮像を実施することで、雲上面の立体構造の高精度計測を試みた。衛星から上・中部を、また地上から主に雲の側面・下部を同時観測し、これらのデータを接続することで、これまでに類をみない雲全体の精密測定を目指している。
2020年度は8月と9月に観測キャンペーンを実施し、衛星および地上からの雲のステレオ撮像観測を行い、それぞれの画像から、上部及び側面・下部の3D構造を推定した。ただし、衛星と地上「同時」観測については、撮像運用そのものには成功したものの、COVID-19の影響で衛星運用、地上観測ともその機会が著しく限定されたため、解析に適した積乱雲を捉えることができなかった。3Dモデル作成については、2020年度及び過去に取得された衛星、航空機、地上での観測で得られたデータもあわせて行い、台風の目の内部や積乱雲について、これまでにない高精度での雲構造推定に世界で初めて成功した。また、地上からの人海戦術による手作業でのステレオ撮像経験に基づき、5台のカメラを同期させて運用する全自動の撮影システムを開発し、その試験運用を実施し、実用性能を確認した。
以上より、COVID-19の影響で当初の目的であった衛星地上間の同時観測による雲の3D構造推定には至らなかったものの、衛星、航空機、地上から個々に雲構造を推定する観測解析手法を確立し、また地上での自動観測システムの開発を完了することができた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of the Philippines, Diliman/ASTI(フィリピン)
  • Country Name: PHILIPPINES
  • Counterpart Institution: University of the Philippines, Diliman/ASTI
• [Journal Article] Determination of cloud-top height through three-dimensional cloud reconstruction using DIWATA-1 data (2020)
  • Author(s): Castro, E., T. Ishida, Y. Takahashi, H. Kubota, G. J. Perez and J. S. Marciano
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 7570
  • DOI: 10.1038/s41598-020-64274-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Ground-based lightning and AWS network system for alert of torrential rainfall and typhoon combined with micro-satellite constellation (2020)
  • Author(s): Yukihiro Takahashi, Mitsuteru Sato, Hisayuki Kubota, Tetsuro Ishida, Meryl Algodon, Ellison Castro, Loren Jay Estrebillo, Purwadi, Gay Perez, Joel Marciano, Kozo Yamashita, Jun Matsumoto, Jun-ichi Hamada
  • Organizer: 2020 European Geoscince Union General Asembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-location meteorological observation system and micro-satellites for extreme weather forecast (2020)
  • Author(s): Yukihiro Takahashi, Mitsuteru Sato, Hisayuki Kubota, Kozo Yamashita, Tetsuro Ishida, Ellison Castro, Loren Jay Estrebillo, Purwadi, Gay Perez, Joel Marciano, Jun Matsumoto, Jun-ichi Hamada
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting, online
  • Int'l Joint Research / Invited