全球降水観測(GPM)計画に関する記者説明会

登壇者

  • JAXA GPM/DPRプロジェクトマネージャー 小嶋正弘(こじま まさひろ)
  • 情報通信研究機構 電磁波計測研所 所長 井口 俊夫(いぐち としお)
  • JAXA地球観測研究センター 技術領域リーダ 沖理子(おき りこ)
  • 気象庁 予報部数値予報課 データ同化技術開発推進官 佐藤芳昭(さとう よしあき)
  • 土木研究所 水災害リスクマネジメント国際センター 上席研究員 岩見洋一(いわみ よういち)



中継録画


(00:28ごろ開始)

雨雲を味方にせよ GPM計画とDPR

登壇者
JAXA GPM/DPRプロジェクトマネージャー 小嶋正弘(こじま まさひろ)



キーメッセージを設定。「雨雲を味方にせよ」
水はこのところ人々の生活に災害をもたらす一方農作物など人間活動に影響もある
DPRには「雨雲スキャンレーダー」というニックネームを与えている

GPMは主衛星が中心ではあるが変化が激しい雨を十分に観測できないためほかの衛星データも使う。ほかの衛星はすでに上がっていてデータを提供している。いよいよ主衛星が打ち上がる
GPM/DPRは主衛星と副衛星群で全球降水の高精度・高頻度観測を行う国際協力ミッション
主衛星はJAXANASAの共同開発。JAXANICTと共同でDPRを開発
打ち上げはH-IIAによって2/28予定

さまざまな副衛星

なぜ人工衛星で降水観測か

雨の降り方の振れ幅が近年大きくなってきているというトレンド
雨量計の密度は全陸域の30%程度。紛争地域など

GPM計画の先駆け 熱帯降雨観測衛星(TRMM:トリム)

GPM計画の特徴

TRMMは軌道が熱帯から亜熱帯、GPMは軌道を南北65度に拡大。
スコールなどの強い雨、高緯度帯の少ない雨や雪を観測できるようセンサー感度を向上
TRMMでは感度不足で見逃していた雨も測定できるようになる
TRMMは1周波数、GPMはひとつの雨を2つの周波数で観測
→弱い雨から強い雨まで観測できる、また精度も向上
主衛星と連携した副衛星の利用によって観測頻度を上げる

コンステレーション衛星群による観測頻度の向上

GPM主衛星概要

Ku帯とKa帯の2周波レーダー
直接地上局に下ろさずデータ中継衛星を利用。そのためのアンテナを背中に搭載
太陽非同期の低い軌道を飛ぶのでこういう太陽電池パドル

GPMの軌道上観測概念図


中心付近がKuPRとKaPRで重なっているのがポイント
いったんNASAにすべてのデータが集まってくる
JAXAが高次処理を行い降水マップなどを作成

DPRの役割と重要性


3次元的な降水観
雨の観測の基準になる
TRMM搭載の「空飛ぶ雨量計」だったがDPRは高度化した「次世代の空飛ぶ降雨計」

DPRの概要

DPRによる降水観


(このあとの説明で詳しく)

質疑応答

NHKこぐれ:GPM主衛星では3時間カバーとあるが地上の何パーセントをカバーなどといえないか

小嶋:地表の面積としては約90%。

こぐれ:GPMのほかのデータも日本側は使えるのか

小嶋:5ページ参照。協定を結んでいて得られたデータをお互い交換する枠組みができている。

共同通信まつだ:TRMMの運用は今後どうなる

小嶋:燃料が尽きるまで運用。GPMが上がってもしばらくは継続するだろう

まつだ:併用ということか

小嶋:NASAが両方を運用。

まつだ:少なくともいつまで大丈夫か

小嶋:低い軌道を飛んでおり太陽活動の変化による大気密度の変動に左右されやすい。2015年3月まではもつと聞いている。太陽活動の予測は難しく確定したことはいえない

まつだ:延命はしないのか

小嶋:延命はしないが運用中止もしないということ。

まつだ:副衛星群は何機という言い方をすればよいか

小嶋:5ページの表を見ると…12機ということになろう。

共同通信すえ:副衛星群はGPM計画専用というよりほかのものを利用させてもらうといったものか

小嶋:そういう理解が正しい。それぞれの国や機関がそれぞれの目的で運用しておりそのデータをお互い交換することでGPM計画を進めていく。

すえ:主衛星が副衛星の基準となるということは

小嶋:GPM主衛星の軌道系射角は65度。ほかは極軌道衛星。ほかの衛星群は受動的観測から雨を推定。DPRは電波を発射してそのはね返りから観測。高さ方向の情報も得られる。雨の高さ方向の分布もわかるということ。
これらで雨の観測精度を上げている。

二周波降水レーダ(DPR)の性能と役割について



二周波降水レーダがいかにすごいのかの話をしたい。

レーダとは

電波でものを検知して距離を測るもの。
送信機と受信機、アンテナから成る。
標的に当てた電波を受信し時間差から距離がわかる。また相手が大きくなると反射波が強くなる

レーダによる雨の観測


雨の観測は大粒の雨なのか細かい粒かによって雨量は同じでも反射強度が変わってくる
テレビの天気予報で雨の図は4色だけで「強い、弱い」だけ。これは雨の強さを推定できないから
DPRの場合二周波なので雨粒の大きさをある程度推定して精度を上げている。ここがTRMMと今回のGPMとの一番大きな違い

二周波降雨レーダ(DPR)は高感度 弱い雨や雪を見逃さない

弱い雨は頻度が高い。水をあまりもたらさない
強い雨は頻度が低い。たくさんの水をもたらす
最小検出降雨強度はTRMMの0.5mm/hから0.2mm/hへ
見逃す雨の割合が7%から1%以下に

フェーズドアレイアンテナによる高速走査


アンテナを電子的に走査して運用
電波が返ってくるまで待っていてはエコーを見るのに1/1000秒かかる。300Hz程度でしか観測できない
4000Hzでパルスを出して戻ってくる前に次の電波を出せる。送信と受信の高速切り替えが可能。フェーズドアレイアンテナならでは
KuバンドKaバンドのレーダの視野を一致させるのがDPRで、同じ雨を同じ位置で同時に観測している
細かいサンプルによる降雨構造情報を取得できる
地上レーダへの応用:大阪大学に設置したフェーズドアレイレーダは雨の立体的な分布を見ることができる。図は雨が雲から落ちてくる様子を連続的に観測している

二周波レーダアルゴリズムによる降雨強度推定精度の向上

どこまで雪でどこから雨かといった区別もできる
精度向上、3次元的な降雨観測が可能になると全体のシステムとしての精度が上がる。
高精度なデータをたくさん集めることで各種の研究に寄与する

GPMにおけるDPRの役割



同じ雨を連続的に観測、輝度温度と降水の関係をデータベース化する
→全球降水分布図(GSMaP)の精度向上、天気予報に役立つだろう

質疑応答

時事通信まつだ:二周波を地上で実用化している例はあるか

井口:実験的なものはあるが実用的なものはない。偏波機能を用いて精度を上げているものが多い。衛星は偏波機能は使わない

まつだ:雨と雪の区別について

井口:減衰が違う。氷はなかなか吸収しない。電子レンジで氷はなかなか溶けないが水になると急に温まる。それと同じこと。
雨と雪の境界高度がわかるのがポイント。

まつだ:地上に雨が届いているのがわかるのか。また高度どのくらいまでの雨が見えるのか

井口:衛星軌道からだと地上のエコーはとても強い。アンテナを横にふったとき…125キロとかふったとき海や山にあたって邪魔な信号が返ってきたりする。コンタミと呼んでいる。見る場所によるが低いところ、地表ぎりぎりは見えないことが多い。DPRでは19キロまできっちり観測するとしている。
上空に雨があればたいてい地上も雨である。上だけ雨が降っていて地表に落ちないということは砂漠などでない限りほとんどない。

まつだ:極域はどのくらいまで見えるのか

井口:北緯、南緯66度くらいまで見える。

GPM/DPRが目指す科学的成果

  • 登壇者:JAXA地球観測研究センター 技術領域リーダ 沖理子(おき りこ)



気候変化に対する知見を発信する

降水の長期変動はどうなっているか


TRMMの14年間の降水量変動観測(1998年1月~2012年6月)
TRMMは熱帯域に限られているほかGPMにも継続して温暖化に対する地球的規模での変動を確認していく

降水システムの構造はどうなっているか

降水の科学
TRMMは熱帯海洋上で多く観測した
GPMでは降雨だけでなく降水粒子の分布、雪か雨かといった情報も得られる

TRMM/PRによる降水システム気候学の進展


TRMMで全熱帯的な日周変化を観測でき、午前の雨が多いところと午後の雨が多いところはクリアに分かれる。地域それぞれの特性があるとわかった
TRMMはマイクロ波放射計よりずっと広く観測したため
雨の高さ、広がり、強さなどを考慮すると雨をもたらす気象現象を明確に区別できる
日本は夏は雲クラスター、冬は…といった違いが分かる
TRMMは対流性の雨か層状性の雨かもわかる

日本が温帯の中緯度にあり熱帯との境界にあるため梅雨前線の位置がちょっとずれるだけでどんな雨が日本に降るか大きく変わる
TRMMが観測した範囲は熱帯中心。上下方向に大気をかき混ぜるシステム。温帯にとっては南北の温度経度を炊き交ぜるシステム
TRMMでわかった降水システムがGPMによって中・高緯度でもわかっていくだろう

全球合成降水マップ(GSMaP)データの作成


どこにどれだけの雨が降っているかを正確に役立てたいという側面
複数レーダのデータを合成することで実利用に役立てる

全球合成降水マップによるアニメーション

フィリピンに大きな被害をもたらした台風30号の動き

GSMaPの改良(TRMM時代→GPM時代)


極端減少:温暖化によって増えるといわれている
高度19キロを上回る観測ができる:これは機能の制限ではなく設定された数字
気象・気候モデルの改良につながる
予測能力の向上、全球規模の水エネルギー収支の高精度化など

質疑応答

質問なし

GPMデータの数値予報業務での利用

  • 登壇者:気象庁 予報部数値予報課 データ同化技術開発推進官 佐藤芳昭(さとう よしあき)

(55:30くらいから)


データのユーザとして話をさせていただきたい

数値予報の国民生活への貢献


適切な発表、精度の向上

気象情報作成の流れ

数値予報


ある時間の大気状態から未来の状態を推測する

数値予報(データ同化)

今の気象要素の値を各格子に正確に割り当てたい。そのためにさまざまな観測が重要となる

マイクロ波イメージャの利用

数値予報で利用している観測

マイクロ波イメージャのデータ分布


「しずく」の利用で全球の大きな範囲をカバーしている
日本周辺予報は3時間ほど。マイクロ波イメージャは利用できない

実際の例

抜けている時間帯がある

AMSR2による降水予報法改善事例


GPMによってさらにデータの空白が減って精度向上に期待

TRMM/PRとメソモデル

TRMM/PRと数値予報モデルの比較

強さはおおむね妥当、しかし反射因子の強度が強すぎた
→改善したがさらによくしたい
GPM/DPRの二周波レーダにより雨か雪かもわかり知見が拡大

まとめ

質疑応答

時事通信まつだ:AMSR2との比較について。特別警報を出すときのメッシュ予測がさらによくなるということか

佐藤:数値予報をもとにしている。数値がさらによくなるだろう。

まつだ:大島の災害を受けて離島で雨量計を増やすなどがあるが

佐藤:宇宙は宇宙、地上は地上で役割がある。降水ナウキャストは地上の降水系と組み合わせることで精度を上げる。お互い補完しあいつつ精度を上げたい。

まつだ:弾丸低気圧の精度は

佐藤:そのように期待している。どのくらいの予報が得られるかは難しいところがある。できる限り精度を上げるよう努力する。
現在がよくわかるようになることは将来の予測に非常に重要で、そのことに貢献するだろう。

NVSさいとう:「しずく」が上がってから数値予報の導入に1年ほどかかった。GPM/DPRについてはどのくらいで

佐藤:GPM計画は放射計とレーダ。放射計はAMSR2と同じくらいの期間でと期待。レーダはもう少しかかるだろう。
マイクロ波放射計のデータは利用中。

東京新聞さかきばら:この衛星が上がることで台風の進路予測精度も上がるのか。具体的にどのくらい精度が上がるか

佐藤:定量的にはなかなか申し上げづらい。台風については実況把握や将来予報については貢献するだろう。しかしすぐどんな予報がよくなるかを言うのは難しい。

衛星による降雨観測データの洪水予警報システムへの利用について

(69:00くらいから)

  • 登壇者:土木研究所 水災害リスクマネジメント国際センター(ICHARM) 上席研究員 岩見洋一(いわみ よういち)


ICHARMとは

近年水災害が増えている


2010年パキスタン、2011年タイ洪水、2013年も北インドで洪水など
水災害の防止や軽減には:

  • ハード対策(インフラ整備、洪水調節)
  • ソフト対策(洪水予警報、避難行動)

→雨や河川水位の基本データが必要
途上国では地上観測網が日本ほど発達していない

近年の技術革新


グローバルデータの整備、計算機能力の向上
地球地図や衛星による降雨観測は無償でダウンロード可能
コンピュータの能力向上で、メッシュ分割して計算する「分布型モデル」を短時間で動かせるようになった

IFAS(総合洪水解析システム)概念図

グローバルデータと降雨情報からモデルを作成、水位や流量が危険レベルを超えると警報を出す

IFAS-河道網の自動作成機能

IFAS:モデル構造

地表と地下に2階建てのタンクを並べて水の出入りを観測
メッシュ型の2階建てタンクモデル

フィリピンのパンパンガ川とカガヤン川流域でのIFASによる流量計算結果


赤い色がシミュレーション結果
右図、丸の実測値に対してIFASはやや低く出ている
衛星データも有効に利用している

2010年パキスタン洪水

2000人死亡、2000万人被災、100億ドルの損害
観測精度向上にユネスコが協力、ICHARMも貢献
日本では50平方キロに一つ雨量計、途上国では5000キロ平方に一つあるかどうか
パキスタンは政情不安定でもありデータを得にくい
→衛星データを利用

衛星のマイクロ波放射計の観測のタイミングにより、洪水流出計算の再現性に違いが出る


再現性がよかった例:川内川
再現性が悪かった例:菊池川
GPM衛星で観測範囲が広がり頻度や精度がさらに高まることを期待している
国際協力で大きな意味を果たせるだろう

衛星観測雨量データを活用したIFAS研修


2013年7月~8月

ASEAN10か国を対象にしたIFAS研修

2013年9月

質疑応答

時事通信まつだ:土壌水運を見るのはあるか

岩見:正確に出すシステムはなかなか。湿り具合はわかるかもしれないが。
初期値の設定によるが土壌水分が多い(飽和している)状態とドライな状態で計算すると結果が変わる。
モデルは試運転を何度か行う。雨を何度か降らせてみるなど。それで土壌の水分を初期値として得られる。

まつだ:地質による雨の違い、雨に強い場所かどうかを洪水が起きるかどうかに反映させたりは

岩見:土壌によって水のしみこみやすさなどはデータとして与えて計算している

質疑応答

NHKたなべ:データはGSMaPの形で提供されるのか

小嶋:レーダから元となる雨量、各衛星のマイクロ波放射計のデータもユーザに提供される。気象庁にはレベル1、雨に換算していないデータを使うとのことなのでそれを提供。
グローバルな降水マップ(GSMaP)も提供。

たなべ:いつごろから

小嶋:半年後くらいからと計画している。9月くらいにはと思っている。

たなべ:協定を結んでいない国にも?

小嶋:誰でも使えます。ネットでダウンロードできるよう計画。

たなべ:何か国からどういった利用といった問い合わせなどはあるか

沖:GSMaPの登録者数は700から800、国は数十。
ダウンロード時に利用目的を聞いている。気象予報や教育、農業資料に使うという目的もある。

産経新聞くさか:TRMMに代わるGPM、1年ほどオーバーラップするとあるがGPMが始まるとTRMMはコンステレーションの一部をなすようになるのか

小嶋:その通り。

共同通信すえ:準リアルタイムを目指すというがどのくらいのタイムラグか

沖:観測後3~4時間、だいたい6時間以内をイメージ。データの更新は1時間おき。

すえ:マイクロ波を使った副衛星観測について受動的とは

井口:人間の体から出ている電磁波、赤外線を見るように雨粒からマイクロ波が出ている。雨が降っていると雨粒からマイクロ波が出ているから強く出る。
雨粒から出ているマイクロ波を受け取って写真のように撮影して見る。
フラッシュつきのカメラとフラッシュなしのカメラの違いといったもの。
受動的な走査では(雨粒の量に比例して観測するが)高度はわからない。
レーダーとあわせて測ることで細かいことがわかる。

すえ:副衛星利用の一番大きな利点はエリアの抜けがなくなること?

沖:はい。同じ地点の観測頻度が増えるという意味もある。

ライター喜多:GPMは準リアルタイムでほぼ全球が把握されているがほかにそういうシステムはあるのか。全地球的に把握される初めてのデータがこの降水量データなのだろうか

沖:そう言われてみるとそうかもしれない。雨は時間と空間の変動が激しいのでたくさんの衛星を使って高頻度にしようとしている。

佐藤:気象の分野でいうと各国の衛星のデータを使って雲の状況をつかんでいる。気温のサウンダーは7~8機で観測中。それらを気象の初期値として使っている。
雨は変動が激しいので高頻度。仮想の水蒸気量や降水量は今まで抜けがあった。

喜多:人類が初めて獲得した全球観測網といっていいのか

沖:気象衛星の雲が最初かも。

佐藤:極地では極域衛星を使ったりして雲を観測している。低高度ではなかなかなかった。

喜多:「雨雲を味方にせよ」というキーメッセージはどういう議論で決まったのか。もう少し補足いただけると記事のイントロに使いやすい(会場、笑)

小嶋:GPM計画は一般の方にはわかりにくい。主衛星と副衛星があり国際協力もある。マイクロ放射計などもある。
一般の人にわかりやすく伝えようとして決めた。災害を観測するとともに水資源の観測もする。
日々の暮らしの向上に役立つミッションであると伝えたくてこうした。

時事通信まつだ:予算は

小嶋:JAXAの総開発費(打ち上げ経費含む)で226億円、NASAの正確な数値は把握していないが予算はすべてWebサイトで公開されており550億円くらいのようだ。

まつだ:550億円は衛星と運用?

小嶋:地上のデータ処理などのシステム開発が含まれる。JAXAの場合もシステム開発費用が含まれる。
NICTでもR&D(研究開発)で費用を出していただいている。

井口:30億円です。

小嶋:日本は226+30億円。

NVSさいとう:GPMの打ち上げが午前3時とあるがこれはほかの衛星との関係もあるのか

小嶋:GPMの軌道は太陽非同期のため観測軌道からくる打ち上げ軌道の制約はあまりない。
衛星が打ち上げられてフェアリングから外に出るときの日の当たり具合、パドルを開いて発電し始めてすぐ夜に入らないようになどを考えてNASA三菱重工が検討してこの時刻になった。

(以上)