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1 NASA( アメリカ航空宇宙局 ) の地球観測プログラム NASA と JAXA( 宇宙航空研究開発機構 ) 共同の全球降水観測計画衛星 (GPM) を中心にした NASA の地球観測プログラムの全体概要の紹介 エリック ストッカー博士 Erich Franz Stocker - Page 1 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

2 講演内容 NASA 内部の地球科学の研究 NASA における現在の地球科学の目的の紹介 現在活動中の主要な地球科学ミッション ( 衛星 ) 計画中あるいは開発中の主要な地球科学ミッション ( 衛星 ) 現在活動中のミッション ( 衛星 ) によって収集された各種データの例 熱帯降雨観測衛星 (TRMM) データ 全球降水観測計画衛星 (GPM) の概要 まとめ Erich Franz Stocker - Page 2 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

3 NASA の組織 NASA は 4 つの主要な領域から組織されており それらは連邦政府の機関としての責任を担っている 航空学の研究領域 より安心 安全で効率的な環境に優しい航空輸送システムの実現 探査システム領域 探査システムと技術の開発ならびに検証 科学領域 地球 - 太陽システム 太陽系ならびに宇宙の探査 宇宙作戦領域 新しい探検と発見を目指した有人宇宙飛行の活動範囲と持続期間の拡大 地球科学の研究は 科学領域に属している Erich Franz Stocker - Page 3 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

4 科学領域の組織 科学領域は 4 つの広い科学研究部門から組織されている 地球科学部門 地球についての科学的な理解を深め 社会の要求に応えるための宇宙からの地球の研究 太陽物理学部門 太陽とそれが地球ならびに太陽系に及ぼす影響の研究 惑星科学部門 太陽系の起源と歴史についての科学知識の増大 他の惑星での生命の可能性 ならびに有人宇宙開発に伴う危険と資源の研究 天体物理学部門 宇宙の起源 構造 進化 運命の発見 地球の似た惑星の探査 地球科学の研究は 地球科学部門に属している ゴダード宇宙飛行センターは NASA の地球科学研究と地球ミッション ( 衛星 ) の中心的な研究センターである Erich Franz Stocker - Page 4 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

5 地球科学部門の重要な研究分野 大気組成 気候の予測 太陽の影響 地表面放射との関連における地球大気組成 気象システム 大気の運動 大気と海洋および陸上の相互作用 気象プロセスと現象の理解は 地球システムの理解のために決定的に重要 炭素循環と生態系 貯留層と生態系の間の炭素循環 炭素循環の自然現象による変動 人間活動による変動 ならびに気候変動による影響 水とエネルギー循環 水とエネルギー循環の研究による ハリケーン予測 熱帯降雨の定量化 全球ならびに地域スケールの水資源の管理 気候変動と変化 海洋と氷についての全地球的規模の観測データセットの提供と それらのと全地球システムの相互作用 地表面と内部構造 地震 地すべり 海岸浸食 内部浸食 洪水 火山噴火を含む自然災害の調査 緩和 ならびに予測 Erich Franz Stocker - Page 5 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

6 運用中の NASA の主要地球科学ミッション ( 衛星 ) 名称打ち上げ日目的 Aqua( アクア ) 5/4/2002 地球の水循環についての全球データの収集 Aura( オーラ ) 7/15/2004 大気微量気体のデータの収集 CALIPSO( カリプソ ) 7/15/2004 雲とエアロゾルについての情報提供 GOES I-M( ゴーズ ) 4/13/1994 米国の静止気象衛星 : 実用的な気象観測と天気予 報 GRACE( グレース ) 3/17/2002 地球重力場の分布図の変動 Landsat 7( ランドサット ) 4/15/1999 地上の陸域や海岸域の雲のない衛星画像作成 NOAA-N( ノア ) 5/20/2005 環境モニタリング情報の提供 SeaWiFS( シーウィフス ) 8/1/1997 世界の海色のモニタリング Tera( テラ ) 12/18/1999 大気 海洋 陸域ならびにそれらの相互作用なら びにそれらと太陽放射との相互作用についての各 種全球データの提供 TRMM( トリム ) 11/27/1997 熱帯 亜熱帯の降雨強度分布図作成 Erich Franz Stocker - Page 6 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

7 研究中ならびに開発中の NASA の主要地球科学ミッション ( 衛星 ) 名称打ち上げ日目的 Aquarius ( 開発中 ) 5/22/2010 海面塩分濃度の全球マップ CLARREO ( 研究 ) TBD 大気絶対放射量と屈折率 DESDynl ( 研究 ) TBD 氷の変形 生態系構造 ならびに運動 Glory ( 開発 ) 1/23/2010 雲 エアロゾル 黒色炭素の光学的 微物理学的 化学的 特性に関するデータの収集及び長期的気候記録のため の太陽全照射量データの継続的収集 GEOS N-P ( 開発中 ) 2009 米国の静止気象衛星 : 実用的な気象観測と天気予報 GPM ( 開発中 ) 7/2013 全球の降水観測ミッション ( 主衛星と副衛星 ) ICESatII ( 研究 ) 2015 氷 雲 陸域の標高観測 LDCM ( 研究 ) 12/1/2012 ランドサットデータ継続ミッション NPOESS ( 開発 ) 3/31/2014 NOAAの極軌道気象衛星シリーズとDoDの極軌道気象衛星プログラムとを統合した新世代実用極軌道気象衛星 Sシリーズ 大気 陸域ならびに海洋の全球環境条件観測ミッション NPP ( 開発 ) 1/15/2011 NPOESS 衛星シリーズの準備プロジェクト SMAP 1/1/2013 土壌水分の能動型 受動型センサによる観測ミッション Erich Franz Stocker - Page 7 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

8 Landsat-7 Landsat 7 は よく較正された中程度の分解能の 雲の被覆の少ない 太陽光照射によるマルチスペクトルの地球の陸域 沿岸域のディジタル画像を提供する 季節ごとに全地球の画像が得られる 米国を 16 日ごとにカバーする 運用は 2000 年の秋以来 NASA から米国地質調査所 (USGS) に移った Erich Franz Stocker - Page 8 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

9 Landsat 映像 : ネバダ州ラスベガスの発展 Landsat- 5 Landsat-7 Erich Franz Stocker - Page 9 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

10 アラスカ州 Mt Redoubt の噴火 火山泥流 米アラスカ州アンカレジの南西約 160 キロにあるリダウト山が 2009 年 3 月 22 日から 23 日にかけ 3 回噴火した 火山噴出物 噴煙は高度約 メートルに達した 専門家によると 同山の噴火は約 20 年ぶり Erich Franz Stocker - Page 10 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

11 ベリーズの海岸の映像 - バリア リーフ ( 堡礁 ) Erich Franz Stocker - Page 11 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

12 エトナ山 ( イタリアシチリア島の活火山 ) Erich Franz Stocker - Page 12 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

13 SeaStar 衛星 SeaWiFS( センサ ) SeaStar 衛星は Orbital Sciences Corporation 社で開発されたが SeaWiFS というセンサのみを搭載しており 1997 年 8 月 1 日に 低衛星軌道にペガサスロケットで打ち上げられた GeoEye 社が コマンドと衛星の制御の責任を有している SeaWiFS の開発は Hughes/SBRC 社のサブコントラクトで行われたが GeoEye 社が機器の最終責任を持っている Erich Franz Stocker - Page 13 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

14 SeaWiFS 衛星の一日の軌道パス ( カバレージ ) Erich Franz Stocker - Page 14 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

15 ベーリング海における植物性プランクトン coccolithopheres Erich Franz Stocker - Page 15 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

16 北大西洋でのプランクトンの春季大増殖 (Spring Bloom) Erich Franz Stocker - Page 16 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

17 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer 中解像度映像スペクトロ放射計 MODIS (on Aqua and Terra アクアおよびテラ衛星搭載 ) MODIS は アクア衛星とテラ衛星に搭載されている アニメーションは MODIS と他のアクア衛星搭載機器のカバレージを示す アクアとテラの MODIS は 全地球の表面を 1-2 日ごとに観測する MOSIS は 36 周波のスペクトルバンドを有している Erich Franz Stocker - Page 17 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

18 北部ワシントン州の山火事 -500m の解像度 Erich Franz Stocker - Page 18 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

19 紅海をわたる砂塵嵐 - 1km の解像度 Erich Franz Stocker - Page 19 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

20 カンボディアのモンスーン期の雨 ( 解像度 1km)-2006 年 7 月 Erich Franz Stocker - Page 20 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

21 スペインとアルジェリア Erich Franz Stocker - Page 21 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

22 オランダ 1km の解像度 Erich Franz Stocker - Page 22 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

23 ハリケーン Carlotta- メキシコ 2006 Erich Franz Stocker - Page 23 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

24 台風 Ewiniar (1km) ミクロネシア 2006 年 7 月 Erich Franz Stocker - Page 24 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

25 CloudSat 能動型リモートセンシング (94GHz レーダ ) を用いて雲の垂直構造を測定することにより 従来の地球観測ミッションにおける重大なギャップを埋める Cloudsat の情報は CALIPSO のライダーとの編隊飛行によりさらに強化される CloudSat の主要ミッションは 2006 年 4 月 28 日の打ち上げ後 22 ヶ月続く予定であったが レーダの寿命から判断すると 99% の確率で 3 年間の運用が期待されている CloudSat と Calipso は 一緒に打ち上げられた Erich Franz Stocker - Page 25 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

26 ハリケーン Dean 3 次元映像 Erich Franz Stocker - Page 26 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

27 CloudSat のプロフィール 竜巻の突発 2008 年 2 月ケンタッキー テネシー ミズーリ州 Erich Franz Stocker - Page 27 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

28 Tropical Rainfall Measuring Mission TRMM( 熱帯降雨観測衛星 ) 熱帯地方の降雨の正確な時間 空間変動の観測は 気象学上の未解決な重要な問題である TRMM 衛星は そのミッション期間において緯度 35 N と 35 S の範囲のこれまで観測データが少なかった熱帯の海上と陸域における膨大で詳細な 4 次元の降雨分布と潜熱放出についての降雨観測データを提供しつつある 同時に観測された大気の放射収支の観測データと組み合わせることによって はじめて全地球的規模での非断熱加熱の推定が実現しつつある TRMM 衛星は 降雨の特性とその変化について これまで知られていなかった多くの知見をもたらした Erich Franz Stocker - Page 28 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

29 TRMM 衛星概観図 Erich Franz Stocker - Page 29 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

30 TRMM 衛星の組み立て (NASA ゴダード宇宙飛行センター ) Erich Franz Stocker - Page 30 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

31 ベンガル湾上での TRMM 降雨観測センサによる観測 Erich Franz Stocker - Page 31 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

32 3時間 毎の実時間観測全球降雨データのムービー (2009年4月23日06 UTC-4月29日0 UTC) Erich Franz Stocker - Page 32 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

33 ハリケーンイザベルの水平面内の降雨分布映像の時間変化 2003 年 9 月 ( 降雨レーダによる観測 ) Erich Franz Stocker - Page 33 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

34 ハリケーンの通り道 :TRMM 搭載の降雨観測装置 TMI は 1998 年 9 月 2 日に 4 つのハリケーン (Howard, Isis, Earl, Danielle) の上空を通過して観測した Erich Franz Stocker - Page 34 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

35 ハリケーン Bret は 1999 年 8 月 21 日 テキサスに近づいた 高さ 15 km に及ぶ Hot Tower が観測された Erich Franz Stocker - Page 35 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

36 ハリケーンボニー 1998 年 8 月 22 日 Erich Franz Stocker - Page 36 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

37 ハリケーン Carlotta 2000 年 6 月 20 日の観測 Erich Franz Stocker - Page 37 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

38 ハリケーン Jeanne 2004 年 9 月 日 Erich Franz Stocker - Page 38 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

39 ハリケーンジーンの上陸 フロリダ TMI 地表面降雨強度 ( 透明色 ) TRMM VIRS 雲頂の温度陰影起伏図 Erich Franz Stocker - Page 39 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

40 ハリケーンジーンの上陸 フロリダ TMI 地表面降雨強度 ( カラー ) 海岸線 ハイウェー都市 Erich Franz Stocker - Page 40 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

41 ハリケーンジーンの上陸 フロリダ TMI 地表面降雨強度 ( カラー ) 海岸線 ハイウェー都市 Erich Franz Stocker - Page 41 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

42 ハリケーンジーンの上陸 フロリダ TMI 地表面降雨強度 ( 透明色 ) Erich Franz Stocker - Page 42 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

43 Erich Franz Stocker - Page 43 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

44 Global Precipitation Measurement mission (GPM: 全球降水観測計画衛星 ) GPM は TRMM の観測を高緯度まで延長して また観測頻度を増やして観測できる これによって全球的な水循環の理解がさらに深められる GPM は 降雨強度が 1 時間当たり 1 インチの 100 分の 1(0.25 mm/ 時間 ) から 4 インチ ( 約 100 mm/ 時間 ) までの広い範囲を観測することができる GPM は 様々な寸法の降水粒子を推定し 雪と雨の区別をすることができるであろう GPM は 全球の 80% 以上の地域で 3 時間ごとの平均雨量を観測することを目指している 観測データは 3 時間以内にユーザが利用可能となろう Erich Franz Stocker - Page 44 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

45 GPM の基準概念 研究と応用のため専用ならびに利用可能な汎用の衛星を用いて 全世界の降雨観測を 一体化して推進するように特別に設計されている GPM 低軌道傾斜角衛星 (40 ) GPM 主衛星 (65 ) ハリケーンと中緯度のストームを準リアルタイムで観測するための非太陽同期軌道からのサンプリングによる改良 降水物理観測衛星 衛星群による降雨観測の相互較正のための基準リファレンスの提供 パートナー衛星 : データ処理システム 衛星間較正の統一されたフレームワークの中における次世代の衛星群に基づいた全球降水プロダクト 地上検証 打ち上げ前のアルゴリズム開発と打ち上げ後のプロダクト評価のための国際協力サイト Erich Franz Stocker - Page 45 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

46 GPM 主衛星搭載マイクロ波放射計 GMI (89 GHz 垂直偏波 ) の観測輝度温度データの統合 Synthetic GMI Tb of 89 GHz V Channel Erich Franz Stocker - Page 46 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

47 まとめ NASA は 宇宙からの地球観測に長い歴史を持っている NASA は 現在いくつかの非常に成功した地球観測ミッションを持っており それらは研究と実利用の点で用いられている TRMM は NASA-JAXA の共同ミッションであり これらの中心である TRMM は 3 年のミッションであったが 現在 11 年目の観測が行われている TRMM は 日本の通信総合研究所が設計し JAXA が開発した世界初の降雨レーダを搭載している TRMM 衛星は NASA によって組み立てられ JAXA によって種子島宇宙センターから日本の H-II ロケットによって打ち上げられた NASA は 現在計画中あるいは 開発中の非常に興味深い一連の地球観測ミッションを持っている GPM は 非常に成功した 熱帯地方の降雨観測を全球の降水観測 ( 雪も含む ) へと拡張する NASA と JAXA 間のパートナーシップを引き継ぐ パートナーシップを GPM を支える宇宙ならびに地上システムを提供する国際社会へと拡張する NASA のミッションは 地球とその生態系をより高度にかつ継続的にモニタするために 他の国際的なミッションに参加する Erich Franz Stocker - Page 47 Tottori University of Environmental Studies, Presentation May 11, 2009

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