次世代型アクティブセンサ搭載衛星の複合解析による雲微物理特性・鉛直流研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06139
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 岡本 創 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (10333783)
• 研究分担者: 佐藤 可織 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (00584236) ; 西澤 智明 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 室長 (10462491) ; 石井 昌憲 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (70359107) ; 岩井 宏徳 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波伝搬研究センター, 主任研究員 (10359028)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: ライダ / 雲レーダ / ドップラー / 地球観測衛星 / 雲微物理特性 / 大気の鉛直流 / 気候変動予測

研究実績の概要

気候変動予測モデルにおいて雲と対流の生成に重要な物理量を、地上で観測可能な波長355nmの高感度型多視野角・多重散乱偏光ライダ(MFMSPL-355)、波長355nmの広視野角・高スペクトル分解ライダ(HSRL-355)、波長355nmの直接検波方式のドップラーライダ(DL-355)と、既存の波長2ミクロンのドップラーライダとドップラー雲レーダから構成される次世代型観測システムを構築した。このシステムを用いて雲域とそれ以下の高度領域の大気の鉛直速度の解析手法の開発を行った。従来より飛躍的に高時間分解能で雲底の大気の上昇速度とその下の大気の力学場に関する解析が可能になり、観測から初めて雲底の上昇速度を与える関係式を確立した。また、雲解像モデル(CRM)の計算結果による定式化が上昇速度を過大評価する問題のあること、我々のデータ解析からCRMの過大評価の要因も明らかにできた。波長355nmと532nmの2波長で広視野角・高スペクトル分解ライダを実現し、初めてEarthCARE衛星/CALIPSO衛星の信号再現に成功した。DL-355では大気分子の信号を利用できるため、波長２ミクロンのドップラーライダと比較して、より上層まで鉛直流の観測が可能となった。我々の衛星解析データによって氷雲と水雲の存在比率にダスト濃度が影響する事がわかっていたが、この解明をより進めるために、多様な粒子形状を超回転楕円体モデルを考慮した散乱計算を行い、HSRLの観測で得られた値の変動を網羅することが可能であることを実証した。地上観測システムによって確立された結果と、粒子の散乱特性の理論的進展を衛星解析アルゴリズムに応用し、氷粒子タイプ、降水粒子タイプ、雲とエアロゾルの微物理特性と対流の全球解析を実施し、気候変動予測モデルにおける雲・対流パラメタリゼーションに対する改良につながる提案を行うことができた。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] NASAラングレー研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASAラングレー研究所
• [国際共同研究] CNR-ISAC研究所(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: CNR-ISAC研究所
• [国際共同研究] アメリカ海洋大気庁(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: アメリカ海洋大気庁
• [国際共同研究] 浙江大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 浙江大学
• [国際共同研究] レディング大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: レディング大学
• [雑誌論文] Aerosol profile measurement with dual-wavelength high-spectral-resolution lidar using a scanning interferometer (2022)
  • 著者名/発表者名: Jin Yoshitaka、Nishizawa Tomoaki、Sugimoto Nobuo、Takakura Satoru、Aoki Makoto、Ishii Shoken、Yamazaki Akihiro、Kudo Rei、Yumimoto Keiya、Sato Kaori、Okamoto Hajime
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 61 ページ: 3523～3523
  • DOI: 10.1364/AO.451707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lidar Ratio?Depolarization Ratio Relations of Atmospheric Dust Aerosols: The Super‐Spheroid Model and High Spectral Resolution Lidar Observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Kong Senyi、Sato Kaori、Bi Lei
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 127 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1029/2021JD035629
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Studies on Arctic aerosols and clouds during the ArCS project (2021)
  • 著者名/発表者名: Koike M.、Goto-Azuma K.、Kondo Y.、Matsui H.、Mori T.、Moteki N.、Ohata S.、Okamoto H.、Oshima N.、Sato K.、Takano T.、Tobo Y.、Ukita J.、Yoshida A.
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100621～100621
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100621
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of clouds, aerosols, and precipitation by multiple-field-of-view multiple-scattering polarization lidar at 355 nm (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa Tomoaki、Jin Yoshitaka、Sugimoto Nobuo、Sato Kaori、Fujikawa Masahiro、Ishii Shoken、Aoki Makoto、Nakagawa Katsuhiro、Okamoto Hajime
  • 雑誌名: Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 巻: 271 ページ: 107710～107710
  • DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107710
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible use of fluorescence from iodine blocking filter in high-spectral-resolution lidar to detect Mie scattering signals (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto Nobuo、Jin Yoshitaka、Nishizawa Tomoaki
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 60 ページ: 3617～3617
  • DOI: 10.1364/AO.421864
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Climatological View of Horizontal Ice Plates in Clouds: Findings From Nadir and Off‐Nadir CALIPSO Observations (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi M.、Okamoto H.、Sato K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1029/2020JD033562
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Validation of Aeolus Level 2B wind products using wind profilers, ground-based Doppler wind lidars, and radiosondes in Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwai Hironori、Aoki Makoto、Oshiro Mitsuru、Ishii Shoken
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 ページ: 7255～7275
  • DOI: 10.5194/amt-14-7255-2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Development of CPR-, CPR-ATLID-, CPR-ATLID-MSI-synergy algorithms (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Okamoto, K. Sato, E. Oikawa, H. Ishimoto, K. Nagao, T. Seto
  • 学会等名: The Joint PI Meeting of JAXA Earth Observation Missions FY2021
  • 国際学会
• [学会発表] EarthCARE activities in RA2 (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Okamoto, Y. Ohno, T. Nishizawa, T. Nakajima, K. Suzuki, M. Satoh,R. Misumi, K. Yasunaga, K. Sato, H. Ishimoto, H. Horie, Y. Hagihara, Y. Jin, E. Oikawa, W. Roh, M. Wang, T. M. Nagao, A. Yamauchi, S. Takakura, R. Kudo
  • 学会等名: The Joint PI Meeting of JAXA Earth Observation Missions FY2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of algorithms for EarthCARE mission for improving the representation of clouds in the models (2022)
  • 著者名/発表者名: Hajime Okamoto
  • 学会等名: EarthCARE Modelling Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Developments of aerosol models for ATLID retrieval (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Takakura, T. Nishizawa, R. Kudo, E. Oikawa
  • 学会等名: The Joint PI Meeting of JAXA Earth Observation Missions FY2021
• [学会発表] Development of aerosol and cloud retrieval algorithms using ATLID and MSI data of EarthCARE (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Nishizawa, R. Kudo, S. Takakura, A. Higurashi, Y. Jin, E. Okikawa, H. Okamoto
  • 学会等名: The Joint PI Meeting of JAXA Earth Observation Missions FY2021
  • 国際学会
• [学会発表] Science status for algorithms and validation activities in Japan for 35th JMAG (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Okamoto, Y. Ohno, T. Nishizawa, T. Nakajima, K. Suzuki, M. Satoh, K. Yasunaga, R. Misumi, K. Sato, Y. Hagihara, Y. Jin, M. Wang, E. Oikawa, W. Roh, T. Ohigashi, H. Horie
  • 学会等名: 35th EarthCARE Joint Mission Advisory Group Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Science status for 36th EarthCARE JMAG (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Okamoto, Y. Ohno, T. Nishizawa, T. Nakajima, K. Suzuki, M. Satoh, H. Horie, K. Sato, Y. Hagihara, Y. Jin, E. Oikawa, W. Roh, M. Wang, T. M. Nagao, A. Yamauchi, S. Takakura, R. Kudo
  • 学会等名: 35th EarthCARE Joint Mission Advisory Group Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ドップラーライダと多重散乱偏光ライダ観測による鉛直流と雲底高度の関係解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸拓也, 岡本 創, 佐藤 可織, 及川 栄治, 藤川 雅大, 岩井 宏徳, 青木 誠, 石井 昌憲, 西澤 智明, 神 慶孝
  • 学会等名: 第39回レーザセンシングシンポジウム
• [学会発表] ドップラーライダ・多重散乱偏光ライダ地上観測による雲底の鉛直流特性研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸拓也, 岡本 創, 佐藤 可織, 及川 栄治, 藤川 雅大, 岩井 宏徳, 青木 誠, 石井 昌憲, 西澤 智明, 神 慶孝
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度秋季大会
• [学会発表] 多視野角多重散乱ライダーにおけるエアロゾルの多重散乱効果の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高倉 理、西澤 智明、神 慶孝、青木 誠、岡本 創
  • 学会等名: 第39回レーザセンシングシンポジウム
• [学会発表] EarthCARE衛星搭載ライダー・イメージャーを用いたエアロゾル・雲導出アルゴリズムの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤 智明, 工藤 玲, 日暮 明子, 高倉 理, 及川 栄治, 岡本 創
  • 学会等名: 第39回レーザセンシングシンポジウム
• [学会発表] Approaches to intercalibration/QA/QC and other network aspects of AD-Net and SKYNET systems (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Nishizawa, Y. Jin, A. Higurashi, R. Kudo, H. Irie, K. Yasunaga, M. Katsumata, K. Yumimoto, S. Ishii, H. Okamoto, K. Sato, T. Y. Nakajima
  • 学会等名: 2nd EarthCARE Validation workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 衛星搭載風ライダーによるエアロゾル観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤 智明, 神 慶孝、石井 昌憲
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度秋季大会
• [学会発表] 鉛直風測定のための直接検波式ドップラー風ライダーの受光部光学系の検討及び検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岸淵 航大, 石井 昌憲, 西澤 智明, 神 慶孝, 中川 勝広, 岡本 創
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度春季大会
• [学会発表] 鉛直風測定のための直接検波式ドップラー風ライダー開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岸淵 航大, 石 井昌憲, 竹中 秀樹, 西澤 智明, 神 慶孝, 岩井 宏徳, 岡本 創
  • 学会等名: 第３９回レーザセンシングシンポジウム
• [学会発表] 鉛直風測定のための直接検波式ドップラー風ライダー開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岸淵 航大, 石井 昌憲, 竹中 秀樹, 西澤 智明, 神 慶孝, 岩井 宏徳, 岡本 創
  • 学会等名: 日本気象学会2021年度秋季大会
• [学会発表] 地上センサを用いた衛星搭載ドップラー風ライダーの検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩井 宏徳
  • 学会等名: 第39回 レーザセンシングシンポジウム
• [学会発表] 衛星搭載ドップラー風ライダーの測定精度検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩井 宏徳
  • 学会等名: 日本気象学会2021年 度秋季大会
• [備考] 次世代型アクティブセンサ搭載衛星の複合解析による雲微物理特性・鉛直流研究
  • URL: https://www.riam.kyushu-u.ac.jp/gfd/KIBANS.html
• [備考] 研究者情報 岡本 創
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K003747/index.html
• [学会・シンポジウム開催] Earthcare Modeling Workshop (2022)