| 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, 主任研究員 (60774627)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 地球温暖化 / 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delta-13C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。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、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を実施した。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、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を開発し、温室効果ガス世界資料センター（WDCGG）の地上観測データとの比較により検証した。2020年度は、delta-13Cデータに生じている太陽天頂角との依存性を検証した。delta-13Cと太陽天頂角との間には相関係数-0.90という高い依存性が存在し、この解決が鍵であった。
2021年度は、この太陽天頂角との依存性を解消するため、リトリーバルで用いる12CO2の波長範囲を変更し、12CO2の導出感度を向上した。これにより、両者の相関係数は-051まで減少した。今年度はこの結果を用いて、本来の目標であるdelta13Cのグローバル分布を導出する。
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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
2018~2019年度は、リトリーバルで用いる先見値の最適化、及び衛星リモセンの長所である豊富なデータ量を活かした統計的手法を確立した。2020~2021年度は、delta13Cのデータに生じるバイアスを調査し、その中で最も大きな太陽天頂角によるバイアスの除去を実施した。delta-13Cは季節や緯度に依存する値であるため、非直接的な原因によって互いに相関関係が確認できることは問題ない。実際、WDCGGの地上観測値によるdelta-13Cと太陽天頂角との間の相関係数は-0.66である。しかし、これまでのGOSAT観測データによるdelta-13Cと太陽天頂角の間の相関係数は-0.90と非常に大きかった。この問題を、リトリーバルに用いる波長範囲を最適化し、12CO2と13CO2の間に存在していた高度に依る感度の差を小さくすることで解決した。元々は、近接する波長範囲（4800~4930 cm-1）を用いていたが、13CO2は4800~5040 cm-1、12CO2はより弱い吸収帯である波長帯（6170~6278 cm-1）を用いた。これにより、リトリーバルの高度ごとの感度を示すcolumn averaging kernelの値（1に近いほど、リトリーバル結果が先見値に依存せずに観測スペクトルからの情報に依ることを示す）が、100~1000hPaの範囲において、13CO2は0.8~1.1、12CO2は0.7~1.2となり、両者の高度による感度の差を小さくした。この波長範囲でリトリーバルを行った結果、delta-13Cと太陽天頂角との相関係数は-0.90から-0.51まで減少し、WDCGGとの間に確認された太陽天頂角依存性と同程度となった。
以上により、これまでの課題であった太陽天頂角依存性を解消することができた。よって、進捗状況を「2. おおむね順調に進展している」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度までに、課題であった太陽天頂角依存性を解消した。今年度は、地上観測との比較によりGOSAT衛星によるdelta-13Cの精度・確度を検証する。その上で、2019年度に確立した統計的アプローチにより地域ごとのdelta-13Cを導出し、delta-13C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delta-13C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 |
新型コロナウィルスの世界的流行に伴い、リトリーバル解析についての研究打ち合わせのためのドイツ・ハイデルベルグ大学への出張がキャンセルとなった。その影響による遅れをカバーするため、令和３年度までの未使用金を使って計算機のリソースを増加し、シミュレーション速度を上げることで今年度目標の達成を目指す。
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