| 研究課題/領域番号 |
18K18185
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| 研究機関 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 |
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研究代表者 |
佐藤 知紘 国立研究開発法人情報通信研究機構, テラヘルツ研究センターテラヘルツ連携研究室, 研究員 (60774627)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 温室効果ガス / 衛星リモートセンシング / 炭素同位体比 / リトリーバル解析 |
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| 研究実績の概要 |
近年の地球規模の温暖化の将来を予測する上で、陸域・海洋・人間活動等のCO2排出や吸収の収支を理解することは重要であり、CO2の炭素同位体比（delta13C）はその強力な指標である。本研究では、delta13Cのグローバルな振る舞いの理解のため、12CO2と13CO2のスペクトルを高感度に取得するGOSAT衛星リモセンデータを使用し、従来は不可能とされていた衛星リモセンによるdelta13C導出を目的とする。
GOSAT衛星リモセンでは、12CO2、13CO2のスペクトルから放射伝達理論を用いた解析（リトリーバルと呼ぶ）により各存在量を推定する。初年度は、このリトリーバルアルゴリズムの最適化に着手した。まずは12CO2と13CO2の100倍の存在量比により生じ得るカラム濃度導出時の高度情報の不均一さによる影響の検証、さらにリトリーバル解析で鍵となる先験値の最適化を実施した。
2019年度はその結果を踏まえ、2009～2014年のGOSAT観測データに対してリトリーバル処理を実施した。衛星リモセンの長所であるデータ量が豊富であることに着目し、統計的手法による地域ごとのdelta13C代表値の算出方法を確立した。GOSAT衛星リモセンデータは雲量等の自然条件によりリトリーバルの精度にバラつきがあり、結果としてデータサンプリングが不均一になるという課題があった。このため、その分布は純粋な正規分布にはならない。そこで、正規分布に非対称な要素を加えたJohnson SU分布を用いた近似により代表値を求める手法①と、時系列データのフーリエ級数展開により季節による周期性を取り除いて近似する手法②の2つの手法を検証した。温室効果ガス世界資料センター（WDCGG）の地上観測値との相関を計算し、手法①では0.24、手法②では0.55となり、手法②によりdelta13C代表値を計算することとした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2018年度は、本研究で最も重要となるリトリーバルアルゴリズムの最適化に着手し、12CO2と13CO2のリトリーバルにおける高度情報の不均一さによる影響が無視できるほど小さいことを確認した。さらに、衛星リモセンにおける同位体比リトリーバルにおいて重要となる先験値の最適化も実施し、リトリーバルアルゴリズム最適化の理論的要素を完了した。2019年度は、2009～2014年のGOSAT観測データに対してリトリーバル処理を実施し、衛星リモセンの長所である豊富なデータ量を最大限活かすための統計的アプローチ手法の開発を実施した。観測データサンプリングの不均一さによる影響を最小とするために、正規分布に左右非対称な要素を加えたJohnson SU分布を用いた近似により代表値を求める手法①と、時系列データのフーリエ級数展開により季節による周期性を取り除いて近似する手法②の2つの手法を検証した。地上観測データとの比較により、②の方が地上観測データとの相関がより良いことを確認し、本研究では②を採用することとした。以上より本研究は着実な進捗が確認できるため、区分を(2)とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度実施したWDCGG地上観測との比較・検証により、現状のGOSAT衛星リモセンデータから導出したdelta13C値には非常に強い太陽天頂角依存性があることを確認している。その理由の一つとして、GOSATの衛星軌道は太陽同期軌道であり、緯度帯を限定すればGOSAT観測そのものに太陽天頂角の季節依存性が生じることが挙げられる。また、先行研究より、特に北半球中緯度ではdelta13Cに強い季節依存性があることは確認されており、GOSATデータから算出したdelta13C値が太陽天頂角に依存することは自然であるという見解もできる。しかし、南半球のWDCGGの地上観測の中にはdelta13Cの季節依存性が弱い観測点も存在し、その上空のGOSAT観測から算出したdelta13C値にも太陽天頂角依存性が確認できることから、少なからずGOSAT観測特有の太陽天頂角依存性が生じていると考えられる。
2020年度は、放射伝達モデルから計算した疑似スペクトルを用いて、シミュレーションベースでこの太陽天頂角依存性を定量化し、GOSATデータから太陽天頂角によるバイアスを取り除く。その上で、2019年度確立した統計的アプローチにより地域ごとのdelta13Cを導出し、delta13Cグローバルマップを世界で初めて明らかとする。本研究が提供するdelta13Cのデータは、相対的に人為起源のCO2排出が多い地域とそうでない地域などを特定することが可能となり、世界規模で地球温暖化対策を推進するための科学的なエビデンスとなる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年3月初めにリトリーバル解析についての研究打ち合わせのため、ドイツ・ハイデルベルグ大学への出張を予定していたが、世界的なコロナウィルス流行、その感染防止の理由からキャンセルとなったため、その分、次年度使用額が生じた。コロナウィルス流行の収束後、同目的の出張を実施する予定である。
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