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1 リモートセンシング工学 Remote Sensing Engineering 2. 衛星リモートセンシング手法 環境リモートセンシング研究センター Center for Environmental Remote Sensing (CEReS), Chiba University 久世宏明

2 環境リモートセンシング リモートセンシング Remote Sensing 衛星観測 : 気象衛星 地球観測衛星 軍事 ( 偵察 ) 衛星 商用衛星 (cf. 通信衛星 放送衛星 宇宙観測衛星 ) 地上測定 地上検証 validation, ground truth 環境 Environment - 地球表層環境 行政 災害 土木 資源 持続可能性 陸域 : 植生 砂漠 森林 農業 地理データ 水収支 炭素収支 生態系 海洋 : 海水温度 漁業 沿岸環境 雪氷 : 極域 北極航路 大気 : 気象 温暖化 (CO 2 H 2 O 熱輸送 雲 凝結核 エアロゾル )

3 RS2014 RS2014

4 前回の Q&A など 〇データを大きな文脈の中で考えてみることが必要 〇人口 エネルギー 資源 食料など 気候変動以外にもマクロな視点から見て 人類社会が持続可能かどうか 真剣な検討が必要 〇温暖化への適応も考える必要がある (e.g. 北極航路 ) 〇気温の 2 の上昇が人間の生活に大きな影響を及ぼす 〇 CO 2 は本当はどれくらい温暖化に寄与しているのか 〇常に変化する地球の状態を科学的に把握しておく必要がある 〇環境に関する科学的データはモデル計算に不可欠 (e.g 地球シミュレータ ) 〇衛星観測と地上検証はセットとして考える必要がある 〇衛星画像は身近な気象予報や災害時の対処にも貢献 〇リモートセンシングは 光や電磁波の技術の応用例である 〇波長 8~12 m の熱赤外を利用して地表や雲の温度が測定できる 〇衛星の画像は本来白黒で RGB 合成するとカラー画像になる 〇気象衛星 ひまわり は 赤道上空 36,000km という遠方にいる ( 宇宙は 100km 上空から ) 〇各国で得た衛星画像データを共有して活用している 〇砂漠でどうして雨が降らないかは論理的に説明できる

5 衛星 ひまわり 8 号 載せた H2A ロケット 25 号機打ち上げ (2014/10/07)

6 三菱電機ひまわりプロジェクト部長 〇南種子町の種子島宇宙センターを 7 日 飛び立った H2A ロケット 25 号機 搭載された新型の気象衛星 ひまわり 8 号 の開発を率いてきた三菱電機ひまわりプロジェクト部長の磯部昌徳さん (52) は 轟音とともに青空に上昇するロケットを万感の思いで見つめた ( 長野浩一 ) 〇発射地点から約 3 キロの総合司令棟 モニター画面で打ち上げを確認し 高度約 263 km で衛星が予定通り 切り離されたことを確認すると 磯部さんは仲間たちと万歳し 打ち上げ成功を喜んだ 時間的な制約も多くて ここまで来るのは正直 ハードだった 打ち上げが順調にいき 一安心した と安堵あんどの表情を浮かべた 〇 2009 年 7 月に発注元の気象庁と契約を交わした際 主に二つの条件を示されていた まず カラー画像を撮影できるよう米国のメーカーが開発した最新型の画像センサーを 8 号に搭載すること もう一つは 14 年夏頃までに間に合わせることだった 7 号は白黒画像しか撮れないが カラー画像になれば きめ細かい観測が可能になる 〇すぐに米国のメーカーからセンサーを入手する手続きをとった しかし 米国側で耐久試験が続き 手元に届いたのは昨年 8 月になってからだった 信号にきちんと反応するかどうかなど 試験を何度も繰り返し 問題点を一つひとつ解決していった 正月も連休もなかった と振り返る 〇完成した 8 号は期待通り 大気や雲の様子をカラー画像で撮影でき 解像度も 2 倍に向上した 台風や積乱雲の様子を今まで以上に詳しく把握できる 今後 20 年間 世界のスタンダードとなる技術を確立できた 磯部さんはそう胸を張った

7 分解能と観測頻度の向上 可視で最大 4 倍に向上して 0.5 km 近赤外 熱赤外では最大 16 倍 30 分に 1 枚から 10 分に 1 枚の画像取得日本付近は 2.5 分ごと

8 5 バンドが 16 バンドに増加

9 Q1 ひまわり 8 号 9 号は地球環境観測 衛星と呼ばれる その理由につい て説明しなさい Explain why Himawari-8&9 meteorological satellites are called as Earth environment observing satellites.

10 差分干渉合成開口レーダーによる三宅島火山活動の観測 ALOS PALSAR DInSAR Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar

11 2014 年 8 月の異常気象 平年値は 1981~2010 年の 30 年平均値

12 Climate change global temperature Historically unseen temperature increase is taking place after the industrial revolution. Climate model calculations are employed for predicting the future global warming due to the increased concentration of carbon dioxide (CO 2 ). 40

13 (W/m 2 ) CO 2 の放射強制力 (radiative forcing) /Radiative_forcing#mediav iewer/file:co2_h2o_abs orption_atmospheric_gase s_unique_pattern_energy _wavelengths_of_energy_ transparent_to_others.png

14 Google Earth

15 GE Fukushima

16 GE Tokyo Chiba

17 GE Chiba University

18 Google Earth の衛星写真 Google Earth は 地域により異なるが基本的には地球全域は Earthsat 社の衛星写真を その他の領域においては衛星写真販売各社 (Digital Globe Bluesky など ) の衛星写真を用いている ごく一部の地域ではチャーター機による航空写真を用いている 地球全土の解像度や色彩は一様ではなく 画像が撮影された時期もまちまちである 標準的な解像度は 15m であるが 大都市や興味深い施設などでは 解像度 1m の高解像度画像が使われている 極めて限られた地域では 解像度 60cm~15cm の画像が使われており車の車種まで判別できる (Wikipedia) この度 DigitalGlobe 社は 解像度 46cm の高分解能衛星 WorldView-2 を所定の軌道へ投入し 打ち上げに成功しました 日立ソフトでは WorldView- 2 衛星で撮影した衛星画像データサービスを 2010 年 1 月より提供開始します 現行の QuickBird WorldView-1 の 2 機運用にこの WorldView-2 の運用が開始されると その 1 日の撮影能力はおよそ 200 万 km2( 日本の国土の約 5 倍 ) となり アーカイブ画像の整備範囲拡大および画像更新頻度の向上が実現できます

19 Google Earth 画像が場所によって異なる理由 〇場所により異なるセンサの画像が使われている 〇撮影時の季節や現地時刻が異なり 太陽高度が違う 〇可視画像は R (red) G (green) B (blue) の 3 バンドの合成である 〇これら可視域のバンドでは 大気中の気体分子 (N 2, O 2, H 2 O, Ar, CO 2,...) はほとんど吸収をもたない 〇大気中には気体以外に液体 固体の粒 ( エアロゾル ) が浮遊している ( たとえば PM2.5 もエアロゾル ) 〇エアロゾルの量や成分は日によって 場所によって大きく異なる 衛星画像の色の違いに大きく寄与 〇逆に RGB バンドのデジタル値 (Digital Number, DN) を詳しく調べれば エアロゾル情報が分かる

20 太陽の南中高度 の季節変化 夏至は 90 - 緯度 冬至は 90 - 緯度 -23.4

21 CCD カメラの分光感度曲線の例 Monochrome Color filters

22 PM2.5 の時間変化の例 九州北部の大都市である福岡市 ( 人口約 144 万人 ) と 福岡市の西方約 190 km に位置する五島列島福江島 ( 人口約 4 万人 ) において 2009 年春より PM 2.5 濃度の通年観測を開始した さらに 4 月上 ~ 中旬の大気中の粒子状物質について組成を分析した これらの結果 春季の福岡市での PM 2.5 濃度は福江島より半日程度遅れて変動していること また濃度レベルも同程度または福江島の方がやや高いことが判明した

23 衛星による地球観測 なるべく広い領域を なるべく高頻度に なるべく詳細に なるべく同じ条件で なるべく長期間にわたって観測することが望ましい ( 全部を同時に満たすことは不可能 )

24 静止気象衛星 MTSAT

25 地表面における吸収率と MTSAT のバンド Panchromatic band バンド m バンド m バンド m バンド m バンド m 窓領域

26 赤道上空を 24 時間で一周する 高度はケプラーの法則 T r GM により36,000kmに限定される 広い地域 ( 半球の大部分 ) を高頻度 ( 毎時 ) で観測できる しかし 遠距離にあるため詳細な観測は難しく また 高緯度地方も十分に観測できない GOES-E GOES-W( 米 ) MTSAT( 日 ) METEOSAT( 欧 ) INSAT( インド ) Newtonの万有引力の法則とKeplerの第 3 法則 F G Mm r 2 静止軌道衛星 2 mr T 万有引力定数 11 G N m 2 kg -2 地球質量 24 M kg 周期 7 T s とすると r mとなる 2

27 MTSAT の全球赤外画像 http: //brows.cr.chiba-u.ac.jp/ receiver/gms/ /g ir1.gif IR1: m

28 運輸多目的衛星 (MTSAT) の外観 2005 年 2 月 26 日種子島宇宙センターより打ち上げ

29 Q2 静止軌道衛星が赤道上空 36,000km に限定される理由を説明しなさい Explain why the height and the location of the geostationary satellite must be 36,000 km above the equator.

30 低軌道衛星 (LEO) 高度 km 付近を周回する太陽同期準回帰軌道衛星が代表的 軌道傾斜角が 90 に近く 極域までカバーする 太陽同期なので 衛星に対する太陽の方向はいつも一定 ( すなわち 衛星直下点の現地時刻は一定 ) になる そのため 安定したデータがとれ 比較が容易である NOAA 衛星 : 全球を 1 日 1 回カバー 可視 近赤外センサ AVHRR 地上分解能 1.1km 観測幅 2800km 雲画像 陸域植生 海面水温 (sea-surface temperature, SST) 海上のエアロゾル Landsat 衛星 : 観測幅 185km 16 日回帰 MSS センサ :4 バンド 地上分解能 80m TM センサ :7 バンド 地上分解能 30m SPOT 衛星 : 1985 年打ち上げのフランスの衛星 観測幅 60km 2 26 日回帰 パンクロマチックで分解能 10m 可視 赤外 3 チャンネルで 20m

31 太陽同期軌道 Sun-synchronous orbit 人工衛星と太陽との関係が常に同期するような軌道 図の春夏秋冬の地球においては 地球の周りに人工衛星の軌道が傾いた円で描かれている この円を人工衛星の 軌道面 という 図では 軌道面と太陽方向が年間を通して常に一定になっている つまり 地球の自転 公転によらず 人工衛星の軌道面は常に太陽方向と同じ角をなし 軌道面は 1 年で 1 回転する 人工衛星から地球を見た場合 地表にあたる太陽光線の角度 ( 入射角 ) が常に一定なので 同一条件で地球表面の観測が可能である 完全な極軌道では軌道面が回転しない 軌道傾斜角が 90 よりも大きくなると 地球と同じ方向に回転する ( 地球が扁平な回転楕円体である効果 )

32 Q3 本日の授業で新しく得た考え方や知識について説明しなさい ( 疑問や要望があれば それも記入可 ) What s new?

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