超伝導サブミリ波リム放射サウンダ衛星観測データの精緻化による中層大気科学の推進

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25281006
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 塩谷 雅人 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (50192604)
• 研究分担者: 鈴木 睦 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (60142098) ; 秋吉 英治 独立行政法人国立環境研究所, その他部局等, 研究員 (80211697) ; 尾関 博之 東邦大学, 理学部, 教授 (70260031) ; 眞子 直弘 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 助教 (00644618) ; 今井 弘二 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (50711230)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 環境計測 / 衛星観測 / 中層大気 / 大気微量成分 / 物質循環

研究実績の概要

超伝導サブミリ波リム放射サウンダ(SMILES)は，2009年9月，国際宇宙ステーションの日本実験モジュール「きぼう」の暴露部に設置され，約半年間ではあったが成層圏～中間圏(中層大気)の超高感度大気観測をおこなった．この研究課題では，SMILESが測定した大気の放射データから大気微量成分分布を導出する際に大きな不確定性を持つ要素(たとえば分光学的なパラメータ)の吟味をおこなうことで，より信頼性の高い微量成分データを導出することを目指す．
平成26年度には，昨年度に引き続いてSMILESデータと既存の観測データや化学輸送モデル結果との比較・検討をおこなった．SMILESが異なる地方時の大気観測ができるという長所を生かし，特に高精度な測定ができるとされる太陽掩蔽法にもとづく日出・日入時における複数の衛星オゾン観測データと化学輸送モデル結果との比較をおこなった．その結果，成層圏領域においても日出・日入時のオゾン量に顕著な差が認められ，それが大気潮汐を起源とする日周変動成分として解釈できることがわかった(Sakazaki et al., 2014)．このオゾンの日周変動成分はハワイにおける地上からの成層圏オゾン観測データにも見られることが確認された(Parrish et al., 2014)．
スペクトル線形状を求めるための新たな測定系を制作して亜酸化窒素を用いデータの再現性を確認したところ，1%以下で圧力幅係数が求められることがわかった．スペクトル形状解析に関しては，これまでのVoigt型に加えて分子の衝突緩和の非線形効果を取り込んだGalatry型，速度依存Voigt型の解析プログラムを新たに作成し3種類の形状関数の相互比較を系統的に進めることが可能になった．
こういった研究成果にもとづき，SMILESの欠点を補いながらさらに進んだ大気観測をおこなうため新たな衛星計画を検討中であり，特に温度と風の場の観測を中心として理論モデル計算を実行し，十分な測定可能性があることがわかった．

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

研究計画では平成26年度にSMILESデータと既存の観測データや化学輸送モデル結果との比較・検討作業を継続しながら，SMILESデータ処理システムの改訂作業をおこなうこと，モデル間の比較などもふまえながら不確定要素の抽出作業を取りまとめることを予定していた．9.研究実績の概要でも述べたようにSMILESデータの検証作業，化学輸送モデル結果との比較作業は順調におこなわれている．データ処理システムの改訂作業は，他の不確定要素(計算結果の再現性のないことがある)が明らかになったため，その問題解決を優先して実質的な作業がおこなえなかったが，問題点は明らかになっており最終年度には改善されたデータが得られる見込みである．また，化学輸送モデルについてもモデル出力の解析が進められており，最終年度にはその成果も取りまとめる目途が立っている．さらに，分光学的なパラメータ測定に関しても順調に測定系の準備が進んでいる．これらを実装する形で最終年度にはより高品位のSMILESデータが得られる見込みであり，全体として研究計画は順調に進展していると判断できる．

今後の研究の推進方策

研究は順調に進んでおり，最終年度にはデータ処理あるいは化学輸送モデルの不確定要素を整理して取りまとめSMILESデータの改善につなげる．特に化学輸送モデルの新しい実験結果が利用可能になってきているので，既存のデータとの比較も含めた解析をさらに進める．その比較・解析作業の中から浮き彫りになった問題となる微量成分に関わる種々のパラメータ，たとえば分光パラメータや反応係数などの観点から不確定要素を明らかにする．さらにデータ処理システム全体に関わる問題点，たとえば放射計算に関わる不確定性について吟味する．これらの結果にもとづいて，SMILESデータ処理システムを再度実行してデータの改善につなげる．いっぽう化学輸送モデルの持つ不確定要素も同時に明らかにしながらモデルの改訂にむけた作業をおこなう．

次年度使用額が生じた理由

実験に用いていた絶対圧真空計が故障したために，予定していた温度可変セルの製作ができなくなったため．

次年度使用額の使用計画

繰り越し分は次年度分と合算して当初予定していた温度可変セルの製作に充当する．

研究成果

• [雑誌論文] Past changes in the vertical distribution of ozone - Part 1: Measurement techniques, uncertainties and availability (2014)
  • 著者名/発表者名: Hassler, B., (33名の共著者), M. Shiotani, (14名の共著者)
  • 雑誌名: Atmos. Meas. Tech 巻: 7 ページ: 1395-1427
  • DOI: 10.5194/amt-7-1395-2014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diurnal variations of stratospheric ozone measured by ground-based microwave remote sensing at the Mauna Loa NDACC site: measurement validation and GEOSCCM model comparison (2014)
  • 著者名/発表者名: Parrish, A., I. S. Boyd, G. E. Nedoluha, P. K. Bhartia, S. M. Frith, N. A. Kramarova, B. J. Connor, G. E. Bodeker, L. Froidevaux, M. Shiotani, and T. Sakazaki
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 14 ページ: 7255-7272
  • DOI: 10.5194/acpd-14-7255-2014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sunset-sunrise difference in solar occultation ozone measurements (SAGE II, HALOE, and ACE-FTS) and its relationship to tidal vertical winds (2014)
  • 著者名/発表者名: Sakazaki, T., M. Shiotani, M. Suzuki, D. Kinnison, J. M. Zawodny, M. McHugh, and K. A. Walker
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 15 ページ: 829-843
  • DOI: 10.5194/acp-15-829-2015
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluating the diurnal cycle of upper tropospheric ice clouds in climate models using SMILES observations (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiang, J., H. Su, C. Zhai, J. Shen, T. Wu, J. Zhang, J. Cole, K. Salzen, L. Donner, C. Seman, A. Del Genio, L. Nazarenko, J. Dufresne, M. Watanabe, C. Morcrette, T. Koshiro, H. Kawai, A. Gettelman, L. Millan, W. Read, N. Livesey, Y. Kasai, and M. Shiotani
  • 雑誌名: J. Atmos. Sci. 巻: 72 ページ: 1022-1044
  • DOI: 10.1175/JAS-D-14-0124.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz spectroscopy of methanimine and its isotopologues (2014)
  • 著者名/発表者名: Motoki, Y., F. Isobe, H. Ozeki, and K. Kobayashi
  • 雑誌名: Astronmy & Astrophysics 巻: 566 ページ: A28(6 pages)
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201423381
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fourier Transform Microwave and Millimeter-wave Spectroscopy of Bromoiodomethane, CH2BrI (2014)
  • 著者名/発表者名: Bailleux, S., D. Duflot, K. Taniguchi, S. Sakai, H. Ozeki, T. Okabayashi, and W. Bailey
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 巻: 118 ページ: 11744-11750
  • DOI: 10.1021/jp510119e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Band Selection Study for the Sub-mm Limb Sounder, SMILES-2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Manago, N., H. Ozeki, and M. Suzuki
  • 雑誌名: Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2014 IEEE International 巻: 00 ページ: 2993-2996
  • DOI: 10.1109/IGARSS.2014.6947402
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] SMILES Level2データ処理における逆問題の解析手法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞子直弘, 鈴木睦, 佐野琢己, 光田千紘, 今井弘二, 山田道夫, 竹広真一, 塩谷雅人
  • 雑誌名: 宇宙科学情報解析論文誌 巻: 3 ページ: 109-118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 487GHz帯での成層圏-中間圏の気温・風・H2O・O3計測の感度解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 眞子直弘, Philippe Baron, 落合 啓, 尾関博之, 鈴木睦
  • 学会等名: 計測自動制御学会 第40回リモートセンシングシンポジウム
  • 発表場所: リモート・センシング技術センター(東京都・港区)
  • 年月日: 2015-03-02
• [学会発表] SMILESによって見えてきた中層大気観測の問題点 -SMILES-2 に向けて- (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩谷雅人
  • 学会等名: 第28回大気圏シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所(神奈川県・相模原市)
  • 年月日: 2014-12-08 – 2014-12-09
  • 招待講演
• [学会発表] SMILES-2のバンド選択 (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞子直弘, 尾関博之, 鈴木睦
  • 学会等名: 第28回大気圏シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所(神奈川県・相模原市)
  • 年月日: 2014-12-08 – 2014-12-09
• [学会発表] Planetary wave-mean flow interaction in the stratosphere - global scale waves seen from satellite observations (2014)
  • 著者名/発表者名: Shiotani, M.
  • 学会等名: John Gille symposium
  • 発表場所: Main Auditorium at NCAR’s Foothills Laboratory 2 in Boulder, CO., USA
  • 年月日: 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] SMILES後継ミッションのバンド選択 (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞子直弘, 尾関博之, 鈴木睦
  • 学会等名: 日本リモートセンシング学会第57回学術講演会
  • 発表場所: 京都大学宇治おうばくプラザ(京都府・宇治市)
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [学会発表] Sensitivity study on minor species and temperature for sub-mm limb sounder, SMILES-2 proposal (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M., N. Manago, and H. Ozeki
  • 学会等名: SPIE Asia-Pacific Remote Sensing 2014
  • 発表場所: Beijing International Convention Center, Beijing, China
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-16
• [学会発表] VSLS Bry estimation from SMILES BrO observation (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M.
  • 学会等名: 40th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
  • 年月日: 2014-08-02 – 2014-08-10
• [学会発表] Scientific requirements and frequency selection for SMILES-2 proposal (2014)
  • 著者名/発表者名: Manago, N., H. Ozeki, and M. Suzuki
  • 学会等名: 40th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
  • 年月日: 2014-08-02 – 2014-08-10
• [学会発表] Recent Results for Middle Atmospheric Sciences using Data from the Superconducting Submillimeter-wave Limb-emission Sounder (SMILES) (2014)
  • 著者名/発表者名: Shiotani, M.
  • 学会等名: AOGS 2014 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Sunset-sunrise Bias in Solar Occultation Ozone Measurements (HALOE, SAGE II, and ACE-FTS) and Its Relationship with Tidal Vertical Wind (2014)
  • 著者名/発表者名: Sakazaki, T., M. Shiotani, M. Suzuki. and D., Kinnison
  • 学会等名: AOGS 2014 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Estimation of VSLS Bry from JEM/SMILES BrO Observation (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki., M., N. Manago, C. Mitsuda, K. Imai, T. Sakazaki, H. Ozeki, Y. Naito, E. Nishimoto, T. Akamizu, C. Takahashi, T. Sano, D. Kinnison, and M. Shiotani
  • 学会等名: AOGS 2014 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Correlation Between O3 and HCl in the Lower Stratosphere as Observed by SMILES (2014)
  • 著者名/発表者名: Sugita, T., Y. Kasai, Y. Terao, S. Hayashida, H. Sagawa, M. Suzuki and M. Shiotani
  • 学会等名: AOGS 2014 11th Annual Meeting
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Band selection study for the sub-mm limb sounder, SMILES-2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Manago, N., H. Ozeki, and M. Suzuki
  • 学会等名: IGARSS 2014
  • 発表場所: Quebec City Convention Centre, Quebec, Canada
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] SMILESによる中層大気科学の新展開 - その成果概要 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩谷雅人
  • 学会等名: 日本気象学会2014年春季大会
  • 発表場所: 開港記念会館・情報文化センター(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-24
• [学会発表] JEM/SMILESからのVSLS Bryの推定(その2) (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木睦, 今井弘二, 佐野琢己, 眞子直弘, 光田千紘, 井上陽子, 尾関博之, 秋吉英治, D. Kinnison, 内藤陽子, 西本絵梨子, 塩谷雅人
  • 学会等名: 日本気象学会2014年春季大会
  • 発表場所: 開港記念会館・情報文化センター(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-24
• [学会発表] JEM/SMILES観測による大気化学の展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木睦
  • 学会等名: 日本リモートセンシング学会第56回学術講演会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所つくばセンター 共用講堂(茨城県・つくば市)
  • 年月日: 2014-05-15 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] SMILESデータを用いた中層大気科学についての最近の成果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩谷雅人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] JEM/SMILESにより成層圏ClO観測について (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木睦, 眞子直弘, 光田千紘, 今井弘二, 尾関博之, 坂崎貴俊, 塩谷雅人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] SMILESによって観測された下部成層圏でのオゾンとHClの相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉田考史, 笠井康子, 寺尾有希夫, 林田佐智子, 佐川英夫, 鈴木睦, 塩谷雅人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] SMILESが捉えた日食時の中間圏オゾンの変動について (2014)
  • 著者名/発表者名: 今井弘二, 秋吉英治, 高橋けんし, 山下陽介, 今村隆史, 鈴木睦, 海老沢研, 塩谷雅人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [備考] JEM/SMILES - JAXA宇宙航空研究開発機構
  • URL: http://smiles.tksc.jaxa.jp/indexj.shtml