偏光情報を用いた積雪物理量の計測技術開発と衛星データによる雪氷圏監視システム

• 研究課題/領域番号: 17K00534
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境動態解析
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 谷川 朋範 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (20509989)
• 研究分担者: 長 幸平 東海大学, 情報理工学部, 教授 (90256199)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 偏光 / 分光観測 / 衛星観測 / 放射伝達 / 光散乱 / 積雪 / 分光測定 / 湿雪 / 分光計測

研究成果の概要

本研究では偏光特性を利用した新しい積雪監視手法の構築を目的として，高精度偏光計測装置による現場測定，大気ー積雪―海氷系の放射伝達モデルの開発を行なった．その結果，積雪の波長別偏光特性，湿雪検知に関する新たな知見が得られた．また，様々な積雪に対応する高度な光散乱粒子モデルの構築に成功した．これらの結果を用いて，衛星データを用いた積雪監視システムの開発に取り組んだ．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果は，積雪の偏光特性を定量的に明らかにし，その光学特性の理解を推し進めるものである．特に，積雪の波長別偏光特性（中立点の存在），湿雪検知の可能性，高度な光散乱粒子モデルの構築など，新しい知見を見出した．これらの結果は，衛星観測による多様な積雪物理量の観測を可能にし，将来の雪氷圏の変動予測に貢献するものである．

研究成果

• [国際共同研究] Stevens Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] Stevens Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] University of Calgary(カナダ)
• [国際共同研究] Max Planck Institute for Chemistry(ドイツ)
• [国際共同研究] CNRS/IRD/MNHN(フランス)
• [国際共同研究] スティーブンス工科大学(米国)
• [国際共同研究] スティーブンス工科大学/NASA(米国)
• [雑誌論文] Spectral degree of linear polarization and neutral points of polarization in snow and ice surfaces (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa T., K. Masuda, H. Ishimoto, T. Aoki, M. Hori, M. Niwano, A. Hachikubo, S. Matoba, K. Sugiura, T. Toyota, N. Ohkawara and K. Stamnes
  • 雑誌名: Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 巻: na
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Snow Grain Shape and Mixing State of Snow Impurity on Retrieval of Snow Physical Parameters From Ground‐Based Optical Instrument (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa T., Kuchiki K., Aoki T., Ishimoto H., Hachikubo A., Niwano M., Hosaka M., Matoba S., Kodama Y., Iwata Y. and Stamnes K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 15
  • DOI: 10.1029/2019jd031858
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solidification effects of snowfall on sea-ice freeze-up: results from an onsite experimental study (2020)
  • 著者名/発表者名: Toyota Takenobu、Ono Takashi、Tanikawa Tomonori、Wongpan Pat、Nomura Daiki
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 61 号: 83 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1017/aog.2020.49
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Using under-ice hyperspectral transmittance to determine land-fast sea-ice algal biomass in Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Wongpan Pat、Nomura Daiki、Toyota Takenobu、Tanikawa Tomonori、Meiners Klaus M.、Ishino Tomomi、Tamura Tetsuya P.、Tozawa Manami、Nosaka Yuichi、Hirawake Toru、Ooki Atsushi、Aoki Shigeru
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 61 号: 83 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1017/aog.2020.69
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of observation-based snow albedo parameterization on global ocean simulation results (2020)
  • 著者名/発表者名: Toyoda, T., T. Aoki, M. Niwano, T. Tanikawa, L. S. Urakawa, H. Tsujino, H. Nakano, K. Sakamoto, N. Hirose, and G. Yamanaka
  • 雑誌名: Polar Science 巻: na ページ: 100521-100521
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100521
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Saroma-ko Lagoon Observations for sea ice Physico-chemistry and Ecosystems 2019 (SLOPE2019)（サロマ湖における海氷の物理・化学・生物学研究） (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomura, D., P. Wongpan, T. Toyota, T. Tanikawa, Y. Kawaguchi, T. Ono, T. Ishino, M. Tozawa, T. P. Tamura, I. S. Yabe, E. Y. Son, F. Vivier, A. Lourenco, M. Lebrun, Y. Nosaka, T. Hirawake, A. OOKI, S. Aoki, B. Else, F. Fripiat, J. Inoue, and M. Vancoppenolle
  • 雑誌名: 氷河情報センター 巻: 38 号: 0 ページ: 1-12
  • DOI: 10.5331/bgr.19R02
  • NAID: 130007822743
  • ISSN: 1345-3807, 1884-8044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of snow grain shape and mixing state of snow impurity on retrieval of snow physical parameters from ground-based optical instrument (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, T., K. Kuchiki, T. Aoki, H. Ishimoto, A. Hachikubo, M. Niwano, M. Hosaka, S. Matoba, Y. Kodama, Y. Iwata, and K. Stamnes
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: na
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Algorithm Theoretical Basis for the Himawari-8, -9/AHI Cryosphere Product Part 1: Snow Cover (2019)
  • 著者名/発表者名: Yogo, Y., Y. Ioka, T. Tanikawa, M. Hosaka, H. Ishida and T. Aoki
  • 雑誌名: Meteorological Satellite Center Technical Note 巻: 64 ページ: 1-12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Algorithm Theoretical Basis for the Himawari-8, -9/AHI Cryosphere Product Part 2: Sea Ice Distribution (2019)
  • 著者名/発表者名: Ioka, Y., Y. Yogo, T. Tanikawa, M. Hosaka, H. Ishida and T. Aoki
  • 雑誌名: Meteorological Satellite Center Technical Note 巻: 64 ページ: 13-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] バフィン湾周辺の環境がグリーンランド北西部の降雪中のd-excessと化学成分に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒崎豊，的場澄人，飯塚芳徳，庭野匡思，谷川朋範，青木輝夫
  • 雑誌名: 日本雪氷学会 巻: 80（6） ページ: 515-529
  • NAID: 120006716341
  • 査読あり
• [雑誌論文] New neural network cloud mask algorithm based on radiative transfer simulations (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen, N., W. Li, C. Gatebe, T. Tanikawa, M. Hori, R. Shimada, T. Aoki, and K. Stamnes
  • 雑誌名: Remote Sensing of Environment 巻: 219 ページ: 62-71
  • DOI: 10.1016/j.rse.2018.09.029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Field activities at the SIGMA-A site, northwestern Greenland Ice Sheet, 2017（2017年グリーンランド氷床北西部SIGMA-Aサイトにおける観測報告） (2018)
  • 著者名/発表者名: Matoba, S., Niwano, M., Tanikawa, T., Iizuka, T., Yamasaki, T., Kurosaki, Y., Aoki, T., Hashimoto, A., Hosaka, M., and Sugiyama, S.
  • 雑誌名: 氷河情報センター 巻: 36 号: 0 ページ: 15-22
  • DOI: 10.5331/bgr.18R01
  • NAID: 130006742391
  • ISSN: 1345-3807, 1884-8044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Advantages of Measuring the Q Stokes Parameter in Addition to the Total Radiance I in the Detection of Absorbing Aerosols (2018)
  • 著者名/発表者名: Stamnes, S., Y. Fan, N. Chen, W. Li, T. Tanikawa, Z. Lin, X. Liu, S. Burton, A. Omar, J. J. Stamnes, K. Stamnes
  • 雑誌名: Frontiers in Earth Science 巻: 印刷中
  • DOI: 10.3389/feart.2018.00034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Snow particles extracted from X-ray computed microtomography imagery and their single scattering properties (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishimoto, H., S. Adachi, S. Yamaguchi, T. Tanikawa, T. Aoki, K. Masuda
  • 雑誌名: Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 巻: 209 ページ: 113-128
  • DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.01.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] What if MODIS could measure the Q Stokes parameter? (2017)
  • 著者名/発表者名: Stamnes, S., K. Stamnes, W. Li, Y. Fan, N. Chen, T. Tanikawa, J. J. Stamnes
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1810 ページ: 120008-120008
  • DOI: 10.1063/1.4975582
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fast yet accurate computation of radiances in shortwave infrared satellite remote sensing channels (2017)
  • 著者名/発表者名: Chen, N., W. Li, T. Tanikawa, M. Hori, R. Shimada, T. Aoki, K. Stamnes
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 16 ページ: A649-A649
  • DOI: 10.1364/oe.25.00a649
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ニーオルスンにおける全天分光日射計を用いた積雪粒径・積雪不純物濃度の推定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範，庭野匡思，大河原望，石元裕史，青木輝夫
  • 学会等名: 気象学会
• [学会発表] 積雪と海氷の波長別偏光特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範，青木輝夫，石元裕史，増田一彦，庭野匡思，堀雅裕，八久保晶弘，的場澄人，杉浦幸之助，島田利元，大河原望
  • 学会等名: 日本雪氷学会
• [学会発表] 積雪の波長別偏光測定装置の高度化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範, 青木輝夫, 石元裕史，庭野匡思，堀雅裕，的場澄人
  • 学会等名: 気象学会
• [学会発表] Effects of snow grain shape and mixing state of snow impurity on retrieval of snow physical parameters from ground-based spectral radiometer (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Tanikawa, K. Kuchiki, T. Aoki,1, H. Ishimoto, M. Niwano, M. Hosaka, S. Matoba, Y. Kodama, Y. Iwata and K. Stamnes
  • 学会等名: Sixth International Symposium on Arctic Research
  • 国際学会
• [学会発表] ISSW法による積雪不純物濃度の推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範，青木輝夫，庭野匡思，保坂征宏，的場澄人
  • 学会等名: 日本気象学会
• [学会発表] 近赤外波長でのぬれ雪粒子の光散乱計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石元裕史，増田一彦，谷川朋範
  • 学会等名: 日本気象学会
• [学会発表] 北海道サロマ湖における海氷の波長別アルベド測定と海氷放射伝達モデルの検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範，青木輝夫，中山雅茂，直木和弘，平譯享，庭野匡思，保坂征宏，堀雅裕
  • 学会等名: 日本雪氷学会
• [学会発表] Radiative transfer model of sea ice and its validation with filed measurement of spectral albedo of sea ice at Saroma Lagoon in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, T., T. Aoki, T. Hirawake, M. Nakayama, K. Naoki, M. Hori, M. Niwano, and M. Hosaka
  • 学会等名: AGU 2018 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The effect of surface roughness and polarization on the snow bi-directional reflectance factor (BRF): Model simulations and validation using NASA Cloud Absorption Radiometer measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen, N., W. Li, G. Charles, T. Tanikawa, M. Hori, T. Aoki, R. Shimada, and K. Stamnes
  • 学会等名: AGU 2018 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Shapes and Light Scattering Properties of Snow Particles Estimated from X-ray Micro-CT Imagery and Geometrical Optics Method Calculations (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishimoto, H., T. Tanikawa, S. Adachi, and K. Masuda
  • 学会等名: PIERS2018
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of snow detection product from Himawari-8 and the validation (2018)
  • 著者名/発表者名: Ioka, Y., T. Tanikawa, M. Hosaka, T. Aoki, Y. Yogo
  • 学会等名: The Ninth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] 札幌の積雪不純物がアルベドに与える影響定量的評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 広沢陽一郎，青木輝夫，庭野匡思，的場澄人，兒玉裕二，谷川朋範
  • 学会等名: 気象学会関西支部2018年度第2回例会
• [学会発表] ひまわり8 号のデータを用いた積雪域識別の高精度化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 余郷友祐，深堀正志，谷川朋範，保坂征宏，井岡佑介，青木輝夫
  • 学会等名: 日本気象学会
• [学会発表] グリーンランド北西部カナックフィヨルドにおける海氷の波長別アルベド測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範，青木輝夫，庭野匡思，保坂征宏，堀雅裕
  • 学会等名: 日本雪氷学会
• [学会発表] 海氷の放射伝達モデルの開発とその検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範
  • 学会等名: 低温研共同研究集会「グリーンランド氷床における近年の質量損失の実態解明：メカニズムの理解と影響評価」
• [学会発表] 南極氷床表面の放射収支変動、及びそれに関連する物理特性の観測と研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範，庭野匡思，橋本明弘，保坂征宏，青木輝夫
  • 学会等名: 極地研共同研究集会「東南極で検出される気候変動に関する研究集会」
• [学会発表] Spectral albedo measurement of sea ice at Qaanaaq fjord in northwest Greenland (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, T., T. Aoki, M. Niwano, M. Hosaka and M. Hori
  • 学会等名: AGU 2017 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of the Snow Detection Using Himawari-8 Observation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yogo, Y., Y. Ioka, T. Tanikawa, M. hosaka, T. Aoki
  • 学会等名: The Eighth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Improved snow detection on Himawari-8 observation data and the validation (2017)
  • 著者名/発表者名: Ioka, Y., T. Tanikawa, M. Hosaka, T. Aoki, Y. Yogo
  • 学会等名: The Eighth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [図書] 気象研究ノート「静止気象衛星ひまわり8号・9号とその利用」第11章「積雪・海氷」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範, 余郷友祐, 井岡佑介, 深堀正志, 保坂征宏, 青木輝夫, 浜田啓次, 赤坂有史
  • 出版者: 日本気象学会