Microsoft Word - MODIS_NRT_versionup_ doc

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word - MODIS_NRT_versionup_ doc"

ふみなやぶき
5 years ago
Views:

1 日本周辺 MODIS 準リアルタイム高次処理の Version Up について村上浩笹岡晃征細田皇太郎 (JAXA/EORC/GLI), B. G. Mitchell, R. Frouin (SIO), 石坂丞二 ( 長崎大 ), 田中昭彦佐々木宏明 ( 長崎産業振興事業団 ), 斎藤誠一 ( 北大 ), 横内克巳, 清本容子 ( 西海区水研 ), 松本和彦 (JAMSTEC) 1. はじめに NASA 地球観測衛星 Terra と Aqua に搭載されている Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) データを熊本の東海大学宇宙情報センター (TSIC) が受信し東海大学情報技術センター (TRIC) が輝度 / 幾何変換処理 (Level 1B) 処理を行い宇宙航空研究開発機構 (JAXA) 地球観測利用推進センター (EORC) が物理量推定アルゴリズムを用いてクロロフィル a 濃度や海面水温画像データを作成している EORC では 2001 年 4 月の TSIC の受信開始から準備を始め 2001 年 12 月に試験運用 2002 年 7 月に画像ホームページを公開 2002 年 11 月にバイナリデータを登録ユーザに公開開始している EORC における物理量推定では NASA の標準アルゴリズムではなく ADEOS-2 搭載センサ GLI 用に整備していた GLI 打ち上げ前アルゴリズム (OTSK1A_vM0, OTSK2567_vM0) を用いていた今回は 2002 年末の ADEOS-2 打ち上げ以降に行った GLI の校正検証やアルゴリズム開発の成果を MODIS 準リアル処理に応用し精度改善を行った以下では打ち上げ後版の大気補正水中アルゴリズム ( OTSK1A_vM1, Fukushima and Frouin, 2004; OTSK2567_vM1, Mitchell and Kishino, 2004) の変更点と検証結果を紹介する Table 1 MODIS と GLI 波長 ( 太陽照度 F0 は Thuillier 2003 による ) MODIS (Terra) GLI CH IFOV m band (nm) [width] F0 [W/m 2 /um] CH IFOV m band (nm) [width] F0 [W/m 2 /um] [10] [10] [15] [10] [10] [10] (500) 470 [20] (250) 460 [70] [10] [10] [10] [10] [10] [10] [10] (500) 555 [20] (250) 545 [50] [10] [10] [10] [10] [10] [10] (250) 659 [50] (250) 660 [60] [10] [10] [10] [10] [10] [8] [15] [20] (250) 865 [35] (250) 825 [110] [10] [30] [10] [50] [20] [70] (500) 1240 [20] [20] [30] [40] (500) 1640 [24] (250) 1640 [200] (500) 2130 [50] (250) 2210 [220] [180] [330] (11.596) [70] [60] [60] [65] [67] [360] [500] [300] [500] [500] [300] [500] [300] [500] [1000] [500] [1000] [300] [300] [300] [300] 1

2 2. 変更点の概要 2.1 MODIS 波長版大気補正 Look Up Table の使用これまで MODIS チャンネル輝度を GLI チャンネル輝度相当に変換した値を OTSK1A_vM0 に適用していたしかしこの MODIS 輝度 -GLI 輝度変換は地表や大気が平均的な状態でない時には誤差を生じ得るそこで MODIS チャンネルの応答関数を考慮した大気補正 Look Up Table(LUT) を作成して本処理に適用したこれにより大気補正アルゴリズムの出力は MODIS 波長における規格化海面射出輝度 (nlw) となる (GLI と MODIS の nlw チャンネル対応は Table 1 灰色部分参照 ) ただし OTSK1A の出力のパラメータ名は対応する GLI チャンネル波長で命名されている 2.2 水中アルゴリズムの MODIS 波長への対応 LUT の更新によって nlw の波長が MODIS チャンネル相当になったことに対応するため CHLA の OC4_GLI 型経験式の係数を調整した係数導出には GLI のアルゴリズム開発や GLI データ検証用に提供された nlw とクロロフィル a(chla) の現場データ (B. G. Mitchell, R. Frouin, 石坂田中佐々木斎藤笹岡横内清本提供 ) を用いた Figure 1 はその散布図と求めた経験式である溶存有機物 440nm 吸収係数 (CDOM) や懸濁物質濃度 (SS) については今回は経験式を新たに Figure 1 現場観測データによる CHLA 経験作成するのに十分な数の現場データが入手できか式青は GLI 標準の OC4_GLI 緑が SeaWiFS かったため nlw 波長の変更分の影響を水中光学 OC4 型の式赤線が今回採用した式を表すモデル (Tanaka et al., 2004) を用いて GLI の Ver.1 経験式アルゴリズムを修正した Table 2 が今回用いた係数である GLI の標準アルゴリズムではニューラルネットワークアルゴリズム (NN) を用いて SS の推定をしているが今回はスケジュールの都合上水中アルゴリズムは Table 2 の経験式を用いている Table 2 In-water algorithm used in the MODIS NRT processing Equation CHLA CHLA=10^( *r *r *r 3 ) , r= log10(max(nlw443,nlw470,nlw490)/nlw551) CDOM CDOM=10^( *r), r=log10(443/531) SS SS=10^( *r *r 2 ), r=log10(nlw443/nlw551) 2.3 大気補正アルゴリズムの GLI 打ち上げ後バージョンへの変更 GLI 打ち上げ後バージョンでは大気補正において水中モデル (Tanaka et al., 2004) を介したイタレーションでエアロゾルモデルを選択することにより沿岸の懸濁海域での大気補正を改良しているこれにより沿岸域での欠損域や懸濁物による大気補正エラーによる異常な高値の改善が期待できる GLI の標準アルゴリズムでは大気補正イタレーション中の CHLA SS CDOM 推定で NN を用いているが今回はスケジュールの都合上 Table 2 の経験式を用いている 2

2.4 代替校正係数の調整 LUT の更新に伴い Terra/Aqua 両方の代替校正係数を更新した Figure 2 は SeaWiFS の 8-day 平均 nlw と CHLA 大気補正 LUT TOMS オゾン気象庁客観解析データを用いて求めた L1B シーンサンプル番号シーンの横方向に依存した代替校正係数である(Murakami et al,.

3 2.4 代替校正係数の調整 LUT の更新に伴い Terra/Aqua 両方の代替校正係数を更新した Figure 2 は SeaWiFS の 8-day 平均 nlw と CHLA 大気補正 LUT TOMS オゾン気象庁客観解析データを用いて求めた L1B シーンサンプル番号シーンの横方向に依存した代替校正係数である(Murakami et al,. 2004) (A) (B) Figure 2 MODIS 日本周辺準リアルデータに適用した代替校正係数上図(A)は Terra/MODIS 下図(B)は Aqua/MODIS の 412nm 865nm CH は GLI 波長で表示黒線は 2003/11/ /01/18 02/18 02/29 03/09 の 5 日分を平均した代替校正係数 =C0 + C1 pixel + C2 pixel2 3

4 2.5 変更による値の変化今回の変更による nlw と CHLA の推定結果の変化を調べた (A) (B) Figure 3 新旧の (A)nLw(443nm) と (B)CHLA 画像の変化 (2004 年 4 月 28 日 Terra) それぞれ左図と散布図の x 軸は旧アルゴリズム右図と y 軸が新アルゴリズムの結果 4

5 (A) (B) Figure 4 新旧の (A)nLw(443nm) と (B)CHLA 画像の変化 (2004 年 4 月 29 日 Aqua) それぞれ左図と散布図の x 軸は旧アルゴリズム右図と y 軸が新アルゴリズムの結果 5

3. 検証結果 2004 年 2 月 24 日から 3 月 3 日にかけて JAMSTEC の海洋調査船かいようで東シナ海の海色観測を行った右図はその観測点である CHLAは採水した水を直ちにWhatman GF/F25mmフィルターで濾過し DMF( ジメチルホルムアミド ) で抽出を行いターナー蛍光計 (Turner Design 社 Model 10-AU)

6 3. 検証結果 2004 年 2 月 24 日から 3 月 3 日にかけて JAMSTEC の海洋調査船かいようで東シナ海の海色観測を行った右図はその観測点である CHLAは採水した水を直ちにWhatman GF/F25mmフィルターで濾過し DMF( ジメチルホルムアミド ) で抽出を行いターナー蛍光計 (Turner Design 社 Model 10-AU) を用いた蛍光法で測定した水中の下向き照度スペクトル E d (λ) と上向き輝度 L u (λ) の観測は Satlantic free-fall profiling spectral radiometer 用いた下向き Figure 5 かいようによる観測航路と 3 月 5 日の太陽照度スペクトル E s (λ) は船上で測定した CHLA 画像測定波長は 380, 400, 412, 443, 455, 490, 520, 555, 565, 620, 665, 683, 705 nm の 13 チャンネル Free-fall の測定深度は 200m( 浅海では海底から 10m まで ) 観測時間は 10:30AM( 観測条件によってはそれ以外の日中時間帯 ) である Free-fall のデータは Satlantic s Prosoft software version 6.0 で処理される ( 異常と思われる場合は手動で再計算した ) 輝度の深度プロファイルから海面の効果を補正して海面上の water-leaving radiance Lu(λ,0 + ) を求め船上観測の下向き放射照度 Es(λ,0 + ) との比で remote sensing reflectance を求め波長毎の太陽照度をかけて nlw を求めた Figure 6 各観測ステーション毎の現場観測と衛星データ推定の比較黒線がかいよう観測データ赤と黄色が Terra の最近点と 5x5pixel 空間平均青と水色が Aqua の最近点と 5x5pixel 空間平均各図中のコメントは黒字 : 現場観測ステーション番号, 観測日, 緯経度, CHLA, CDOM 赤字:Terra の観測日, CHLA, CDOM 青字:Aqua の観測日, CHLA, CDOM 6

Figure 7 かいようによる nlw CHLA CDOM 観測値 (x 軸 ) と MODIS データから GLI アルゴリズム推定値 (y 軸 ) との比較 ( 赤点が Terra 青点が Aqua) Figure 6, 7 は上記で求めた nlw CHLA CDOM と今回の新アルゴリズムによる結果の比較である各観測点に対して最も日付の近い有効な ( 晴れた )

7 Figure 7 かいようによる nlw CHLA CDOM 観測値 (x 軸 ) と MODIS データから GLI アルゴリズム推定値 (y 軸 ) との比較 ( 赤点が Terra 青点が Aqua) Figure 6, 7 は上記で求めた nlw CHLA CDOM と今回の新アルゴリズムによる結果の比較である各観測点に対して最も日付の近い有効な ( 晴れた ) 衛星データを対応させている Terra Aqua MODIS 共に nlw スペクトル (Figure 6) と CHLA(Figure 7) は現場データと良く一致しているステーション 2, 3, 5, 12( 衛星観測日 2004 年 2 月 26 日と 3 月 5 日 ) の nlw412, 443 の MODIS 推定値が現場データより小さくなっているこれは日本周辺でしばしば現れる吸収性エアロゾルによる大気補正エラーの特徴に一致しているこの吸収性エアロゾルの補正は次のバージョンで試みる予定である 4. 今後の予定 ADEOS-2 運用異常後予定されていた GLI/AMSR GLI/AMSR プロダクトの実利用 ( 準リアルプロダクト ) ユーザに対する代替措置の一環として JAXA では 2004 年 7 月開始を目処に MODIS/AMSR-E を準リアルタイムでデータを提供することになった EOC では直接受信と Level-1 処理を行い EORC では東海大受信分の処理フローを共通に用いて MODIS の高次処理を行うこの EOC の直接受信データにより半日 ~1 日後に提供されていた高次プロダクトが 3-4 時間程度で公開できることや埼玉県と熊本県の 2 つの受信局によって取得範囲が広がることが期待されるまたこの 7 月の開始以降には GLI Version 2 版 (GLI プロダクトは 2004 年 9 月公開開始予定 ) の MODIS 準リアルへの適用を予定している今後も EORC では GLI の校正検証やアルゴリズム改良とこの MODIS 準リアル処理をリンクさせることでより効果的に解析技術を発展させると共にユーザサービスの維持とそれらの将来のミッションへの継承を行っていく予定である 7

8 Reference Thuillier et al., 2003 The Solar Spectral Inradiance from 200 to 2400 nm as Measured by the Solspec Spectrometer from the Atlas and Eureca Missions, Solar Physics, 214 (1): 1-22, May Fukushima and Frouin, 2004 Fukushima, H. and R. Frouin, Atmospheric correction algorithm (OTSK1A) including photosynthetically available radiation (OTSK14), GLI ocean algorithm description version 1, Mitchell and Kishino, 2004 Mitchell, B. G., and M. Kishino, In-water algorithms (OTSK2,5,6,7), GLI ocean algorithm description version 1, Murakami et al., 2004 Murakami, H, Vicarious calibration of GLI by global datasets, Calibration group session, GLI workshop Tokyo Japan, March Tanaka et al., 2004 Akihiko Tanaka, Motoaki Kishino, Roland Doerffer, Helmut Schiller, Tomohiko Oishi and Tadashi Kubota, Development of a Neural Network Algorithm for Retrieving Concentrations of Chlorophyll, Suspended Matter and Yellow Substance from Radiance Data of the Ocean Color and Temperature Scanner, Journal of Oceanography, Vol. 60 (No. 3), pp ,

Microsoft PowerPoint - MODIS_NRTbyEORC_ ppt

Microsoft PowerPoint - MODIS_NRTbyEORC_ ppt EORC MODIS 準リ 250m sea ice 23 January, 2005 アルタイムデータの利用法 EORC における MODIS 準リアルタイム処理 ( その 3) Chlorophyll-a concentration 22 January, 2005 村上浩 JAXA EORC 1 Quality Objectives of the MODIS NRT processing in