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1 地球惑星科学 Ⅰ 精密測地計測 (Ⅱ)( 地球物理学教室福田洋一

2 地球外からの測定 1957 年 10 月に旧ソ連が最初の人工衛星 スプートニック 1 号の打ち上げに成功

3 宇宙測地技術 GRACE VLBI PALSAR ALT SLR GPS

4 VLBI (Very Long Baseline Interferometry)

5 VLBI 観測局 VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry) ( つくば 32m)

6 月レーザー測距 (LLR)( 1969 年 7 月 16 日 :Apollo 11 号打ち上げ 1969 年 7 月 20 日 月着陸船イーグルが静かの海に到着 月に置かれた反射鏡に地球上からレーザーパルスを発射し往復に要する時間から月までの距離を測る 月は地球から毎年 3cm ずつ遠ざかる 角運動量の保存則から 地球の自転速度はだんだん遅くなる

7 衛星レーザー測距 (SLR( ) (Satellite Laser Ranging)

8 下里 ( 和歌山 ) 武漢 ( 中国 ) 小金井 ( 東京 )

9 SAR (Synthetic Aperture Radar)

10 干渉 SAR

11 GPS (Global Positioning System) 単独測位

12 GPS による位置計測 相対測位

13 GPS による電波遅延量の測定

14 GEONET

15 地上型 GPS 気象学 岩淵 1998

16 GPS 掩蔽観測 1 r α = ( T n) ds n 偏角 LEO 衛星 屈折率高度プロファイル GPS 衛星 偏角 α ln n ( a) = Abel 変換 1 α ( ξ ) π a 2 2 ( ξ a ) dξ 屈折率 n 地球 掩蔽観測の利点 グローバルなデータの取得 高度分解能に優れている (~1.4km) 高精度 ( 温度 :~0.5K) 測器の個体差に影響されない ( 幾何学的計測 )

17 さまざまな GPS 掩蔽観測 1 航空機によるダウンルッキング (DL)GPS 掩蔽観測 GPS 電波の伝播遅延長 1 軌道解析 電子航法 対流圏の水蒸気プロファイル 水平面 LEO 衛星 ( 飛行機 ) と GPS 衛星の精密位置 速度 2 低軌道 (LEO) 衛星による GPS 掩蔽観測 伝播経路の屈折 温度プロファイル 電波の屈折特性 2 データ解析 配送 大気屈折率プロファイル GPS 衛星 3 データ同化 LEO 衛星 測定点 水蒸気温度電子密度

18 衛星高度計 (Satellite( Altimetry)

19

20 衛星高度計の原理 衛星の精密軌道決定 (POD) マイクロ波レーダーによる測距水蒸気補正 電離層補正 波高補正 潮汐補正 Sea Surface Height (SSH)

21 マイクロ波レーダーによる測距

22 衛星の軌跡 (T/P,( T/P,Jason-1)

23 26 Dec Tsunami measured by Jason-1

24 T/P Sea Surface Heiht (h) g EGM-96 GEOID

25 軌道に沿っての鉛直線偏差

26 ジオイドと重力異常 -300mgal +300

27 海洋の重力異常

28 日本近海の重力異常

29 海底地形の推定 簡単な場合 : ρ w d ρ c 一般の場合 :

30 重力異常と海底地形

31 グローバルな海底地形

32 日本近海の海底地形

33 海面形状と海流

34

35 海洋ジオイドの精度 EIGEN3S GGM01S Degree of Gravity model GRIM3-L1 GEM-10B GEM-9 Kaula Rapp Gaposchkin J2 KozaiItzsak (Montenbruck et al., 2000) GEM-T3 GRIM4-S2 EGM96S JGM-3

36 GRACE によるジオイドを基準とした 海面形状

37 衛星重力ミッション ARISTOTELES (Gradiometer), STEP (SG Gradiometer) など 過去に実現しなかった多くの計画がある. CHAMP ( ) - CHAllenging Mini-satellite Payload for geophysical research applications - H-L Satellite-to-Satellite Tracking GRACE ( ) - Gravity Recovery And Climate Experiment - L-L Satellite-to-Satellite Tracking (Microwave Link) GOCE (2006) - Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer - Gravity Gradiometer GRACE-FO (20??) - NASA EX-5 Mission - L-L Satellite-to-Satellite Tracking (Laser Link)

38 H-L SST 衛星を使った絶対測定

39 CHAMP

40 双子衛星による重力測定 L-L L SST

41 双子衛星による重力測定 L-L L SST

42 双子衛星による重力測定 L-L L SST

43 GRACE ミッション

44 GRACE Measurements of Mass Variability in the Earth System Tapley et al., Science, Vol. 305, July, 2004

45 水循環研究への GRACE の適用 P=E+R+G+ S P: 降水量 E: 蒸発散量 R: 河川流出量 G: 地下水流出量 S: 地下水貯留量 ( 土壌水分含む )

46 南極氷床の質量変動 Water eq. thickness [mm] antarctica westantarctica eastantarctica Feb-02 Sep-02 Mar-03 Oct-03 Apr-04 Date Antarctica mm/yr East antarctica mm/yr West antarctica mm/yr (J2 excluded value) トレンド = PGR + 氷床変動

47 SELENE 計画リレー衛星を用いた月の裏側の重力観測

48 まとめ 人工衛星による地球外からの測定が可能になり 質的にまったく違う地球科学が始まった InSAR 重力ミッションなど新しい手法の出現 地球科学にとどまらず社会インフラとして役割 月 惑星科学への発展 宇宙測地技術は精密計測科学としての現代測地学で中心的な役割を果たしている

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