2012 年 9 月 日 ( 千葉大学.CEReS) 講師 : 樋口篤志 斎藤尚子 カトリ. プラデイープ 眞子直弘 第 6 回 VL 千葉大.CEReS エアロゾルと大気補正 Part A: スカイラジオメーターデータの標準解析方法 担当 : カトリ. プラデイープ

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1 2012 年 9 月 日 ( 千葉大学.CEReS) 講師 : 樋口篤志 斎藤尚子 カトリ. プラデイープ 眞子直弘 第 6 回 VL 千葉大.CEReS エアロゾルと大気補正 Part A: スカイラジオメーターデータの標準解析方法 担当 : カトリ. プラデイープ

2 演習の目的 スカイラジオメーターデータの標準解析方法を学び エアロゾルの光学的パラメータを推定する 演習の流れ OMI データを用いてカラムオゾン量を求める ( 第一章. 応用 1) MODIS データ (MCD43B4 プロダクト ) を用いて 地面反射率を求める ( 第二章. 応用 2) SKYRAD.PACK(Version 4.2) ソフトを用いて スカイラジオメーターデータを解析する ( 第三章. 応用 3)

3 目次 第 1 章 OMI 観測によるカラムオゾン量 Ozone Monitoring Instrument( オゾン監視装置 ; OMI) OMI レベル 3 データファイルの形式 OMI レベル 3 データのダウンロード 応用 1:OMI 観測データの簡単な処理... 2 第 2 章 MODIS/MCD43B4 プロダクトによる地面反射率 Moderate Resolution Imaging Spectrometer(MODIS) MODIS 土地データプロダクト 応用 2:MODIS/MCD43B4 プロダクトの処理方法... 7 第 3 章スカイラジオメーターデータの解析 スカイラジオメーター装置 観測原理 応用 3: スカイラジオメーターデータの解析方法 ディスクスキャンデータを用いた立体視野角 (ΔΩ) の計算 前方散乱 (Θ 30 0 ) データを用いた検定常数 (F 0 ) の計算 全散乱角のデータと F 0 を用いたエアロゾル光学的パラメータの推定 雲のスクリーニングム 参考文献... 26

4 第 1 章 OMI 観測によるカラムオゾン量 1.1 Ozone Monitoring Instrument( オゾン監視装置 ; OMI) オゾン監視装置 (OMI) は 2004 年に打ち上げられた米国航空宇宙局 (NASA) の AURA 衛星に搭載された地球大気観測センサーである OMI は オゾン全量を観測するとともに 大気中のダストや硫酸塩などのエアロゾルも検出することができる OMI は過去のオゾン全量マッピング分光計 (TOMS) のようにオゾン化学と気候変動に関連する様々な大気パラメータのデータを提供している 1.2 OMI レベル 3 データファイルの形式 OMI 標準レベル 3(L3) プロダクトのデータは ASCII ファイル形式で提供されている 本原稿作成時点でデータは 1.0 度の経度 1.0 度の緯度 ( 低解像度 ) のグリッディングと 0.25 度の経度 0.25 度の緯度 ( 高解像度 ) のグリッディングで公開されている 低解像度データファイルは L3_ozone_omi_YYYYMMDD.txt 高解像度データファイルは L3e_ozone_omi_YYYYMMDD.txt という名前となっている (YYYY MM DD はそれぞれ年 月 日を表す ) 例 1:OMI レベル 3 プロダクトデータの例 1

5 データファイルの中身を例 1に示す データファイルのヘッダーの最初の行には データ取得日 センサー名 プロダクトの種類 ( 例えば オゾン エアロゾル ) ファイルの作成日 時間などの情報が含まれている 二行目には 中心となっている経度の値と経度ビン数と 同様に 三行目には 中心となっている緯度の値と緯度ビン数の情報が含まれている 負の緯度は南半球を 負の経度は西経を表している ヘッダーの次は 各グリッドに対する観測データが並んでいる 例えば 例 1を見ると ヘッダーの次は 南緯 89.5 度を中心とした緯度帯について経度を 360 個に分けたグリッドの観測データである この次は 南緯 88.5 度を中心とした緯度帯について経度を 360 個に分けたグリッドの観測データである 各グリッドの値は 三桁の数字で表示されている ゼロは データが存在しない あるいは光量やその他の問題でデータが収集されなかったことを示している 1.3 OMI レベル 3 データのダウンロード OMI レベル 3 プロダクトデータファイルは 米国航空宇宙局 (NASA) のウェブサイト ( からダウンロードすることが出来る また wget コマンドを通じて 低解像度データファイルは ftp://jwocky.gsfc.nasa.gov/pub/omi/data/ozone/ から 高解像度データファイルは ftp://jwocky.gsfc.nasa.gov/pub/omi/data/level3e/ozone/ から それぞれ取得することが出来る 例えば 2011 年の 1 年間の低解像度データファイルは以下のようにダウンロードが出来る wget ftp://jwocky.gsfc.nasa.gov/pub/omi/data/ozone/y2011/*.* -p AAAA ここで AAAA は データの保存先である 1.4 応用 1:OMI 観測データの簡単な処理 千葉大学 ( 緯度 : N 経度 : E) を中心とする 領域に 2012 年 5 月におけるカラムオゾン量を算出しよう 1.2 節で記述したように OMI レベル 3 プロダクトデータファイルは ASCII ファイル形式であり 全球のデータは緯度 経度をグリッド化して公開されて いる どのプログラミング言語で作成したプログラムを用いても目的の緯度と 2

6 経度のデータを抽出する事が出来るが 今回の演習では Fortran 言語で書いて あるプログラムを使って 与えられた緯度と経度に対するオゾンのカラム量を 抽出する 必要なツール データなどプログラム名 :2012VL_readozone.f 入力データ :OMI レベル 3 プロダクトデータファイル出力データ : 対象地点におけるカラムオゾン量の値 解析方法 データを用意する 解析プログラムを実行する オゾン量の日変化を図で表す 注 : 以下のコマンドで USB は USB メモリの意味である USB の代わりに /media/disk を打ってください データを用意する 1. 新しいディレクトリを作成する mkdir p OZONE/DATA 2. 本演習のために必要なデータは事前にダウンロードして USB メモリの 2012VL_PartA/OZONE/DATA ディレクトリにおいてある このデータをコピーする cp USB/2012VL_PartA/OZONE/DATA/*.txt OZONE/DATA 解析プログラムを実行する 1. USB メモリの 2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS ディレクトリにある 2012VL_readozone.f プログラムを OZONE ディレクトリにコピーする cp USB/2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS/2012VL_readozone.f OZONE 2. OZONE ディレクトリに移動する cd OZONE 3. 入力データファイルのリストを作り 解析プログラムをコンパイルし 実行する ls DATA/*.txt > ozonelist.txt f VL_readozone.f o 2012VL_readozone.e./2012VL_readozone.e 3

7 オゾン量の日変化を図で表す 1. USB メモリの 2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS から 2012VL_ozone_plot.txt を現在のディレクトリ ( OZONE ) にコピーする cp USB/2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS/2012VL_ozone_plot.txt./ 2. gnuplot で日変化の図を作る gnuplot 2012VL_ozone_plot.txt 3. gnuplot から作成した図を開く display OZONE.png 4

8 第 2 章 MODIS/MCD43B4 プロダクトによる地面反射率 2.1 Moderate Resolution Imaging Spectrometer(MODIS) 中解像度イメージング分光放射計 (MODIS) は 米国航空宇宙局 (NASA) の TERRA 衛星と AQUA 衛星に搭載された地球大気観測センサーである MODIS センサーは 0.4µmから 14.4µmの間に様々な空間分解能の 36 スペクトルバンドを持っている MODIS センサーの主な波長帯を表 2.1 に記載する 表 2.1 MODIS センサーの主な波長帯 バンド波長帯 [μm] 観測項目空間分解能 ( 赤 ) ( 近赤外域 ) 陸 雲 エアロゾル ( 青 ) ( 緑 ) ( 短波長赤外域 ) ( 短波長赤外域 ) ( 短波長赤外域 ) 8~36 以下 省略 陸 雲 エアロゾル 250m 500m 1000m MODIS センサーによる観測データプロダクトは 土地 大気 雪氷 海洋の グループに分けられている 土地データプロダクトの詳細 大気データプロダクトの詳細 雪氷データプロダクトの詳細 海洋データプロダクトの詳細 MODIS 土地データプロダクト Land Processes Distributed Active Archive Center(LP DAAC) は 様々な MODIS 土地データプロダクトを無料で配布している データプロダクトの種類によって時間分解能及び空間分解能が異なる 5

9 時間分解能 :1 日 8 日 16 日 月 四半期 および年間 空間分解能 :250 meter, 500 meter, 1000 meter, 5600 meter (0.05 度 ) TERRA/MODIS や AQUA/MODIS またはその両者の組み合わせからのプロダクト は 上記の一つあるいは複数の分解能で公開されている データプロダクト名 には 衛星の種類を表す為に次の様な接尾辞が付けられる MOD:MODIS/TERRA プロダクト MYD:MODIS/AQUA プロダクト MCD:MODIS/TERRA と MODIS/AQUA 組み合わせたプロダクト MODIS 土地データプロダクトは 三種類の投影法 (Sinusoidal, Lambert Azimuthal Equal-Area, and Geographic) で構成されており ほとんどのプロダクトは Sinusoidal 地図投影法で構成されている Sinusoidal 地図投影法では 約 10 度角の非重複タイルとして全球のデータが構成されている タイルの座標系は 左上隅が (0,0)( 水平方向のタイル数, 縦のタイル番号 ) になり 右向き ( 水平 ) 下向き ( 垂直 ) の方向に進行する 例えば 図 2.1 に示すように 緯度 N と経度 E の千葉大学に該当するタイル番号は (29,5) である 図 2.1 Sinusoidal 地図投影法と千葉大学を該当するタイル番号 6

10 MODIS 土地データプロダクトファイルの名前は 以下のようになっている MOD09A1.AYYYYDDD.hxxVxx.VVV.YYYYDDHHMMSS.hdf プロダクト名 年と通過日タイル番号データのバージョンデータ公開の 年 日と時間 2.3 応用 2:MODIS/MCD43B4 プロダクトの処理方法 いくつかの MODIS 土地プロダクトのうち 16 日の時間分解能と 1000 meter の空間分解能の天底 BRDF( 双方向反射分布関数 ) 調整した表面反射率 (MCD43B4) のプロダクトには 波長帯 1-7 の地面反射率の情報が含まれている このプロダクトを用いて 千葉大学 ( 緯度 : N 経度: E) を中心とする領域の 2012 年 5 月の地面反射率を算出する 必要なツール データなどツール LDOPE_Linux_bin 2012VL_MODIS_download.pl 2012VL_MODIS_pixel.pl 土地データプロダクト解析用ツール データダウンロード用プログラム pixel 値を読み取る用プログラム 入力データ MCD43B4 プロダクト (hdf ファイル ) 出力データ 波長帯 1-7 の月平均地面反射率 注 : 以下のコマンドで USB は USB メモリの意味である USB の代わりに /media/disk を打ってください LDOPE_Linux_bin のインストール 1. 新しいディレクトリを作成する ( 注 : 現在 OZONE ディレクトリにいれば, まず cd.. で上のディレクトリに移動する ) mkdir MODIS 7

11 2. USB メモリの 2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS にある LDPOE_Linux_bin.tar を MODIS ディレクトリにコピーする cp USB/2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS/LDOPE_Linux_bin.tar MODIS 3. MODIS ディレクトリに移動して LDPOE_Linux_bin.tar を展開する cd MODIS tar xvf LDOPE_Linux_bin.tar 4. LDPOE_Linux_bin/bin ディレクトリにある read_pixvals をコピーす る cp LDOPE_Linux_bin/bin/read_pixvals./ 解析方法 対象の地点 ( 緯度, 経度 ) が含まれるタイルの番号 地点 ( 緯度, 経度 ) に対応する line と sample の値を検索する データを用意する pixel の値を読み取る 各波長帯の値を描く 対象の地点 ( 緯度, 経度 ) が含まれるタイルの番号 地点 ( 緯度, 経度 ) に対応する line と sample の値を検索する 1. MODLAND Tile Calculator を次のリンクから開く 2. 図 2.2 のように必要な情報を提供して Compute Coordinates をクリックする 3. Results のタイル番号 sample と line の値をメモしておく データを用意する MODIS 土地プロダクト (Version 5) のデータは NASA のウェブサイト (ftp://ladsweb.nascom.nasa.gov/alldata/5) からダウンロードすることが出来る 本演習のために必要なデータは事前にダウンロードして USB メモリの 2012VL_PartA/MODIS/DATA ディレクトリにおいてある ( 本演習のデータをダウンロードするためのプログラムは VL2012_MODIS_download.pl である 時間の関係でデータのダウンロードは本演習中には行わない ) USB メモリの 2012VL_PartA/MODIS/DATA にある hdf ファイルを現在のディ レクトリ ( MODIS ) にコピーする cp USB/2012VL_PartA/MODIS/DATA/*hdf./ 8

12 図 2.2 MODLAND Tile calculator pixel の値を読み取る MODLAND Tile calculator から得られた sample と line の値と read_pixvals という実行プログラムを用いて 対象の地点( 緯度, 経度 ) に対応する pixel の値を以下のように読み取る事が出来る./read_pixvals xy= sample,line MODIS_Filename.hdf 本演習では 一ヶ月の MODIS/TERRA と MODIS/AQUA 組み合わせのプロダクトの複数データファイルを用いて 対応地点 ( 緯度 経度 ) の pixel と共に対応地点 ( 緯度 経度 ) の pixel の周りの pixel の値も読み取る このような複数データファイルの複数の pixel の値を読み取るため 2012VL_MODIS_pixel.pl というプログラムを作成して USB メモリの 2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS ディレクトリにおいてある 9

13 1. USB メモリの 2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS ディレクトリにある 2012VL_MODIS_pixel.pl プログラムを現在のディレクトリ ( MODIS ) に コピーする cp USB/2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS/2012VL_MODIS_pixel.pl./ VL_MODIS_pixel.pl を実行する perl 2012VL_MODIS_pixel.pl 各波長帯の値を描く 1. USB メモリの 2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS ディレクトリにある 2012VL_reflect_plot.txt ファイルを現在のディレクトリ( MODIS ) にコピーする cp USB/2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS/2012VL_reflect_plot.txt./ 2. gnuplot で各波長帯の値を描く gnuplot 2012VL_reflect_plot.txt 3. gnuplot から作成した図を開く display SUR_REFLECTANCE.png 10

14 第 3 章スカイラジオメーターデータの解析 3.1 スカイラジオメーター装置 図 3.1 日本製のスカイラジオメーター (PREDE 株式会社 ) 分光放射計の一種であるスカイラジオメータ-(PREDE 株式会社 )( 図 3.1) は サンセンサー 駆動ユニット 制御ユニットと降雨センサーから構成される太陽直達光及び天空散乱光を観測する装置である 一般的に 型番 POM-01 の場合 7 波長 (315, 400, 500, 675, 870, 940,1020 nm) と 型番 POM-02 の場合 11 波長 (315, 340, 380, 400, 500, 675, 870, 940, 1020,1627, 2200 nm) の選択で 波長別の太陽周辺光を含む天空輝度が散乱角毎 (0, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160) に測定される 太陽天頂角 θ とエアマス ( 大気路程 ) に依存して 2 つの測定法が取られる ( 図 3.2) 天頂角が 15 度未満 ( 南中時付近 ) のとき 太陽が描く主平面に沿って測定 (Principal plane scanning method; 垂直スキャン ) を行う 天頂角が 15 度以上のときは 太陽高度と同じ高度の周辺光の測定 (Almucanter plane scanning method; 水平スキャン ) を行う 図 3.2 スカイラジオメーターの構成概念図 (Aoki and Fujiyoshi, 2003) 11

15 3.2 観測原理 散乱角 Θ は 天頂角 θ と観測角 θ 0 方位角 φ から以下のように求められる cos cos 0 cos sin 0 sin cos (3.1) 水平スキャンでは θ=θ 0 として φ を 垂直スキャンでは φ=0 として θ をそれぞ れ変化させる 各波長 λ に対する直達放射強度 F [Wm -2 μm -1 ] は 次の式で与えられる F m F 0 e (3.2) ここで F 0 は大気上端での太陽放射強度で m はエアマス τ は大気の全光 学的厚さである 各波長の等高度観測 ( 水平スキャン ) における天空輝度 E(λ) [Wm -2 μm -1 ] は次のように書ける E(, ) E( ) Fm [ P( ) q( )] (3.3) ここで ΔΩ は装置の立体視野角 ω は全エアマスの単一散乱アルベド そ して P(Θ) は散乱光 Θ における位相関数で (ωτp(θ)) は単一散乱寄与 q(θ) が多重散乱寄与を表す 輝度強度 Ε(Θ) を直達放射強度 F で割ると E( ) R( ) P( ) q( ) (3.4) Fm 正規化された相対的強度が定義できる この比 R(Θ) は 観測値のみによっ て作られ 経年変化に伴う放射計の干渉フィルターの劣化の影響を受けないた め 長期観測に適している 太陽日光 F から得られる光学的厚さτと相対天空輝度 R から エアロゾルの光学的特性が導かれる Nakajima et. al(1996) はこのようなインバージョン法を用いて スカイラジオメーターのデータ解析用プログラムパッケージ Skyrad.pack を開発した Skyrad.pack は 現在まで修正 改良が加え 12

16 られ ΔΩ の計算 前方散乱を用いた装置常数の算出とエアロゾルの光学的物 理量の計算 及び後方散乱まで含めた複素屈折率の計算と光学的物理量の再計 算の各プログラムが提供されている 最新の観測プログラムでは 下記の 4 種類の観測データが作成される なお 各ファイルの詳細は スカイラジオメーターの操作書に記述されている yymmddnn.dat yymmddnn.sun yymmddnn.v** yymmddnn.cld 通常観測データファイル直達光観測データファイルディスクスキャンデータファイル雲観測データファイル 3.3 応用 3: スカイラジオメーターデータの解析方法 千葉大学 ( 緯度 : N 経度: E) 観測サイトにあるスカイラジオメーターの 2012 年 5 月のデータを用いて エアロゾルの光学的パラメータを推定する スカイラジオメーターデータ解析の流れ ディスクスキャンデータから立体視野角 (ΔΩ) を計算する SKYNET Level1 解析 前方散乱 (Θ 30 0 ) 放射輝度データを用いて Improved Langley 方 法で装置の検定常数 (F 0 ) を計算する SKYNET Level2 解析 全散乱角放射輝度データと Improved Langley 方法から得られた F 0 の値を用いてエアロゾルの光学的パラメータを推定する 雲のスクリーニングを行う 13

17 3.3.1 ディスクスキャンデータを用いた立体視野角 (ΔΩ) の計 算必要なプログラムとデータプログラム名 :(1)solid3m.f 立体視野角 (ΔΩ) を求めるプログラム (2)2012VL_SVA.f 古い ΔΩ を新しい ΔΩ で入れ替えるプログラム補助ファイル :(1)sproc.par solid3m.f のパラメータ設定ファイル (2)ins.para Instrument parameter ファイル入力データ : 晴れた時間のディスクスキャンデータ注 : 使用データの品質によって 出力の値に影響される可能性があるので出来だけ晴れた時間のデータを選ぶ出力データ : 立体視野角 (ΔΩ) の値 注 : 以下のコマンドで USB は USB メモリの意味である USB の代わりに /media/disk を打ってください 解析方法 1. 新しい solid ディレクトリと solid の配下に DSK ディレクトリを作る ( 注 : 現在 MODIS ディレクトリにいれば, まず cd.. で上のディレクトリに移動する ) mkdir p solid/dsk 2. USB メモリの 2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS にある solid3m.f solid.par と ins.para を solid ディレクトリにコピーする cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/solid* solid cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/ins.para solid 3. USB メモリの 2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA にあるディスクスキャンデータを solid/dsk ディレクトリにコピーする cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA/*V* solid/dsk 4. solid/dsk ディレクトリに移動する ディスクスキャンデータ(*.V1 だけ ) のリストを作る cd solid/dsk ls *V01 >../fname 5. solid ディレクトリに戻る solid3m.f をコンパイルして実行する cd../ 14

18 f77 r8 O g o solid3m.e solid3m.f./solid3m.e 注 : 出力の SVA.out ファイルを開いて 波長別の値をチェックする 同じセンサーの過去のデータがあれば比較する SVA.out の中身は以下の通りである 波長の値 立体視野角 (ΔΩ) の値 6. 目視で確認した立体視野角 (ΔΩ) の値を ins.para ファイルに入力する ( 手動あるいは別のプログラムを使って ) 本演習のために作成した 2012VL_SVA.f プログラムを 2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS ディレクトリからコピーして実行する cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/2012VL_SVA.f./ f VL_SVA.f o 2012VL_SVA.e./2012VL_SVA.e ins.para ファイルの中身は以下の通りである 波長数 波長の値 波長別の ΔΩ 値 ( これらを入れ替える ) 15

19 3.3.2 前方散乱 (Θ 30 0 ) データを用いた検定常数 (F 0 ) の計算 観測の放射輝度データファイル (yymmddnn.dat ファイル ) dtform.f yymmddnn.dt4 ファイル yymmddnn.tag ファイル入力データ : sproc4.f (i) 気圧 (i) i の屈折率 (ii) カラムオゾン量 (ii) 気体分子の吸収が少ない (iii) 地面反射率波長の散乱角 (Θ ) 30 0 のみのデータ SKYNET Level 1 の解析 光学的厚さ (τ ) 一次散乱アルべド (ω ), 粒径分布 (dv/dlnr) など cal_f0.f F0.out ファイル f0_w**.out ファイル 必要なプログラム データなど プログラム名 :(1)dtform.f 観測データの形式を変換するプログラム (2)sproc4.f インバージョンプログラム (3)cal_f0.f 検定常数 (F 0 ) を求めるプログラム 補助ファイル : (1)dtform.par dtform.f のパラメータ設定ファイル (2)sproc_0.par sproc4.f のパラメータ設定ファイル (3)cal_f0.par cal_f0.f のパラメータ設定ファイル (4)ins.para Instrument parameter ファイル (5)obs.para Observation parameter ファイル (6)meteo.dat meteorological data ファイル (7)MIEKER Mie kernel ファイル 16

20 入力データ : 観測の放射輝度データファイル (yymmddnn.dat ファイル ) 出力データ : 光学的厚さなどのパラメーター 注 : 固定の屈折率と前方散乱だけの情報によるインバージョンなので一次散乱 アルべドなど重要なパラメータの信頼度が低い 注 : 以下のコマンドで USB は USB メモリの意味である USB の代わりに /media/disk を打ってください 解析方法 1. 新しい skyradiometer ディレクトリを作る skyradiometer の配下に level1 ディレクトリ level1 の配下に DAT DT4 Tag Out Par Vol Aur Phs と F0d ディレクトリを作る ( 注 : 現在 solid ディレクトリにいれば, まず cd.. で上のディレクトリに移動する ) mkdir p skyradiometer/level1 cd skyradiometer/level1 mkdir p DAT DT4 Tag Out Par Vol Aur Phs F0d 2. USB メモリの 2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA ディレクトリにある通常観測データファイルを DAT ディレクトリにコピーする cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA/*dat DAT 3. USB メモリの 2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS ディレクトリにある必要なプログラムとファイルを level1 ディレクトリにコピーする cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/dtform*./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/sproc*./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/cal_f0*./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/meteo.dat./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/obs.para./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/MIEKER./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/2012VL_meteo_param.f./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/2012VL_surf_refl.f./ 4. solid ディレクトリにある ins.para ファイル( 立体視野角 ΔΩ を更新したファイル ) を level1 ディレクトリにコピーする cp../../solid/ins.para./ VL_meteo_param.f をコンパイルして実行する f VL_meteo_param.f o 2012VL_meteo_param.e 17

21 ./2012VL_meteo_param.e このプログラムを実行することで user に提供された観測サイトの標高(meter) から気圧を求められる OZONE/OZONE.txt ファイルにある平均のオゾン量の値を読み取れる meteo.dat にある気圧とオゾン量の値は 新しいデータで置き換えられる meteo.dat ファイルの中身は以下の通りである 気圧の値 オゾン量の値 VL_surf_refl.f プログラムをコンパイルして実行する f VL_surf_refl.f o 2012VL_surf_refl.e./2012VL_surf_refl.e このプログラムを実行する事で MODIS/MODIS.txt ファイルの月平均の地面反射率値を読み取る 月平均の地面反射率値を用いて sky radiometer 用波長に内挿 / 外挿する sproc_0.par にある古い地面反射率値を新しい値( 内挿 / 外挿の値 ) で入れ替えられる sproc ファイルの名前は sproc_0.par から sproc.par に変更される 18

22 sproc_0.par ファイルの中身は以下の通りである 波長の値 波長別の地面反射率 7. DAT ディレクトリに移動して *.dat ファイルのリストを作って level1 ディレクトリに戻る cd DAT ls *.dat >../fname cd.. 8. dtform.f をコンパイルして実行する f77 r8 O g o dtform.e dtform.f./dtform.e 9. sproc4.f をコンパイルして実行する f77 r8 O g o sproc4.e sproc4.f./sproc4.e 注 :1-9 までは SKYNET Level 1.0 の解析方法である Level-1 は 固定の屈折率と前方散乱だけの情報によるインバージョンなので一次散乱アルべドなど重要なパラメータの信頼度は低い 現在 SKYNET Level 1.0 のプロダクトは 検定常数 (F 0 ) を求めるのために使っている 10. SKYNET Level 1.0 解析の出力としての F0d ディレクトリのデータは 検定常数 (F 0 ) を求めるためのデータである F0d ディレクトリに移動 19

23 して *w01 ファイルのリストを作って level1 ディレクトリに戻る cd F0d ls *.w01 >../fname cd Cal_f0.f プログラムをコンパイルして実行する f77 r8 O g o cal_f0.e cal_f0.f./cal_f0.e 注 : 出力として F0.out f0_w**.out などのファイルが出来る F0.out に平均値 f0_w**.out に瞬間値が格納されている 検定常数(F 0 ) は 非常に重要なパラメータなので F0.out f0_w**.out の出力を確認した後 F0 の値は Level2 の解析に使う 長時間 (1 年以上 ) の F0 の時系列で 時間による F0 の変動を見ながらデータ screening などを行う 今回の演習では F0.out の値はこのまま使うが 実際のデータ解析の場合は 検定常数(F 0 ) の値に注意をする ( 個別の議論は pradeep@restaff.chiba-u.jp まで連絡してください ) F0.out ファイルの中身は以下の通りである 波長の値 検定常数 (F 0 ) の値 ins.para ファイルの中身は以下の通りである 検定常数 (F 0 ) の値 ( 今回の演習では これらは F0.out の F0I 値 に自動的に入れ替えられるように cal_f0.par を設定してある ) 20

24 3.3.3 全散乱角のデータと F 0 を用いたエアロゾル光学的パラメータ の推定 観測の放射輝度データファイル (yymmddnn.dat ファイル ) dtform.f 入力データ : (i)f 0 (ii) 気圧 (iii) カラムオゾン量 (iv) 地面反射率 yymmddnn.dt4 ファイル yymmddnn.tag ファイル sproc4.f 光学的厚さ (τ ) 一次散乱アルべド (ω ), 粒径分布 (dv/dlnr), 屈折率 (m r -im i ) など (i) i の屈折率 ( 初値 ) (ii) 気体分子の吸収が少ない波長 の全散乱角 (Θ) のデータ SKYNET Level 2 の解析 Level 1 と Level 2 の違う点 検定常数 (F 0 ) を使う i の屈折率は初値として使う 前方散乱だけではなく 全散乱角 (Θ) データを使う 必要なプログラム データなど Level 1 と同じ 注 : 以下のコマンドで USB は USB メモリの意味である USB の代わりに /media/disk を打ってください 解析方法 1. skyradiometer ディレクトリの配下に level2 ディレクトリを作る 21

25 ( 注 : 現在 level1 ディレクトリにいれば, まず cd../.. で上のディレクトリに移動する ) mkdir p skyradiometer/level2 2. skyradiometer/level2 ディレクトリに移動する level2 ディレクトリの配下に DT4 Tag Out Par Vol Aur Phs F0d ディレクトリを作る cd skyradiometer/level2 mkdir p DT4 Tag Out Par Vol Aur Phs F0d 3. skyradiometer/level1 ディレクトリにある DAT ディレクトリを level2 ディレクトリに移動する mv../level1/dat./ 4. skyradiometer/level1 ディレクトリにある必要なプログラムとファイルを level2 ディレクトリに移動する mv../level1/dtform*./ mv../level1/sproc*./ mv../level1/ins.para./ mv../level1/obs.para./ mv../level1/meteo.dat./ mv../level1/mieker./ 5. sproc.par ファイルを開いて 以下のように編集してからファイルを保存する を にする 30.0 を にする 22

26 6. DAT ディレクトリに移動する *.dat ファイルのリストを作って level2 ディレクトリに戻る cd DAT ls *.dat >../fname cd.. 7. dtform.e と sproc4.e を実行する./dtform.e./sproc4.e 23

27 3.3.4 雲のスクリーニング必要なプログラム データなどプログラム名 : (1)CSSR2.f 雲除去プログラム (2)asy.f asymmetry parameter を計算するプログラム補助ファイル : (1)form.par CSSR2.f のパラメータ設定ファイル (2)ins.para Instrument parameter ファイル (3)obs.para Observation parameter ファイル (4)meteo.dat meteorological data ファイル入力データ :(1) スカイラジオメーターの出力としての *.out ファイル (2) スカイラジオメーターと同時観測の全天日射データファイル出力データ : 雲を除去したエアロゾルの光学的パラメータ 注 : 以下のコマンドで USB は USB メモリの意味である USB の代わりに /media/disk を打ってください 解析手法 1. skyradiometer/level2/out ディレクトリに移動する cd Out 2. USB メモリの 2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS ディレクトリにある必要なプログラムとファイルをコピーする cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS/*.f./ cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS/form./ 3. USB メモリの 2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/DATA にある全天日射のデータをコピーする cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/DATA/*.txt./ 4. level2 ディレクトリにある ins.para meteo.dat obs.para ファイルをコピーする cp../obs.para./ cp../ins.para./ cp../meteo.dat./ 5. スカイラジオメーター出力の *.out ファイルのリストを作る ls *.out > skyradfiles 6. 全天日射データファイルのリストを作る ls swd*.txt > globalfiles 24

28 7. asy.f プログラムをコンパイルして実行する f95 ffixed-line-length-132 -w asy.f o asy.e./asy.e 8. CSSR2.f プログラムをコンパイルして実行する f95 ffixed-line-length-132 CSSR2.f o CSSR2.e./CSSR2.e 出力データファイルは以下の通りである yymmdd00opticall2r01.txt ( 光学的厚さ 一次アルべドなどのプロダクト ) yymmdd00physicall2r01.txt( 粒径分布, 屈折率などのプロダクト ) スカイラジオメータ-のプロダクトを図で表す 1. USB メモリの 2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS ディレクトリにある 2012VL_skyrad.pl プログラムを現在のディレクトリ( Out ) にコピーする cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS/2012VL_skyrad.pl./ VL_skyrad.pl を実行する perl 2012VL_skyrad.pl 課題 : 上記の方法に従い千葉大学 ( 緯度 : N 経度: E) 観測サイトにあるスカイラジオメーターの 2012 年 1 月のデータを用いて エアロゾルの光学的パラメータを推定しよう ( 必要なデータは USB メモリにあります ) 25

29 参考文献 Aoki, K., and Y. Fujiyoshi, 2003: Sky radiomter measurements of aerosol optical properties over Sapporo, Japan. J. Meteorol Soc. Japan, 81, Nakajima, T., G. Tonna, R. Rao, Y. Kaufman, and B. Holben, 1996: Use of sky brightness measurements from ground for remote sensing of particulate polydispersions. Appl. Opt., 35,