太陽放射エネルギーの観測と利用 雲 エアロゾルの観測 高村民雄 takamura@faculty.chiba u.jp 千葉大学環境リモートセンシング研究センター 2012 年 11 月 15 日平成 24 年度地球観測連携拠点主催ワークショップ
エアロゾル 雲観測の目的 : 気候影響 エアロゾル 雲の光学特性の推定 地球放射 ( エネルギー ) 収支の評価 エアロゾル 雲の光学特性 ( 光学的厚さ 単一散乱アルベド等 ) の把握 衛星観測や大気モデルの検証
エアロゾル 雲観測における衛星観測 大気モデルと地上観測の関係 人工衛星による観測 検証 sca (z), abs (z) AOT, SSA, COD, reff, CF モデルによる解析 検証 校正 F dir (z 0 ), F dif (z 0 ) 影響評価 地上 航空機観測 検証 Continuous data of Vertical profiles, Columnar amounts
SKYNET & Other networks http://atmos.cr.chiba-u.ac.jp/ Pune Dunhuang Mandalgobi Beijing Yinchuan Langzhou Phimai Seoul Quindao Fuji Hefei Fukue ima Cape Hedo Miyako jima Moshiri Sendai Chiba Minami Torishima ESR: EUROPEAN SKYRAD USERS NETWORK
Web による公開 ( 例 ) http://atmos.cr.chiba-u.ac.jp/ 辺戸岬 ( 沖縄 ) 福江島 ( 長崎 ) サイトの例 Sky radiometer による光学的厚さ 日平均日射量 福江島 / 長崎 辺戸岬 / 沖縄
Observation Instruments for SKYNET [Extended for Super site] [Basic instruments for basic site] barometer Spectroradiometer Microwave radiometer (wvr-1100) lidar Temperature Humidity (Vaisala) PWC & LWP Aerosol profile cloud base Sky radiometer sun photometer (POM-01 POM-02) Pyranometer (CM21) Pyrgeometer (PIR/CG4) Pyrheliometer (CH01) Integrating nephelometer (M903) Absorption meter (PSAP/SP-Y01) Cloud camera (psv-100) Optical thickness size distribution single scattering albedo Downward solar radiation Downward terrestrial radiation Direct solar radiation Scattering coefficient Absorption coefficient single scattering albedo Cloud fraction
Web による公開 ( 例 ) http://atmos.cr.chiba u.ac.jp/
雲 エアロゾルがある場合の太陽放射の反射 透過及び吸収 (TOA) (SRF) 入射光 0 F 0 反射率 r 単一散乱アルベド (SSA) 0 大気の光学的厚さ * 吸収率 a 透過率 t 図 6.9 太陽天頂角の関数として表した散乱大気層のフラックス反射率 r 透過率 t 及び反射率 a 単一散乱アルベド =0.98 非等方因子が g=0.85 及び光学的厚さ *=1 の場合 tdir 及び tdif はそれぞれ直達透過率及び拡散透過率 反射率 透過率 吸収率 1.0 0.98 g 0 0.85 散乱光透過率 tdif 直達光透過率 tdir 全透過率 t 太陽天頂角 ( 度 ) 反射率 r 吸収率 a 全透過率 t 全透過率 t 吸収率 a 反射率 透過率 吸収率 (a) 0.999 g 0.85 60 0 0 散乱光透過率 tdif 直達光透過率 tdir 吸収率 a 反射率 r 反射率 透過率 吸収率 (b) 0.90 g 0.85 60 0 0 散乱光透過率 tdif 直達光透過率 tdir 反射率 r 大気の光学的厚さ ( *) 大気の光学的厚さ ( *) 図 6.8 天頂角 60 ( 0 =0.5) で太陽放射が入射する場合の光学的厚さの関数として表した均質気層のフラックス反射率 r 透過率 t 及び吸収率 a 非等方因子 g=0.85のheney Greestein 位相関数 P HG (cos ) を用いた倍増法による計算値 tdir 及びtdifはそれぞれ直達透過率及び拡散透過率 浅野正二 大気放射学の基礎 朝倉書店 (2010)
エアロソルの質の重要性 0 Present result at Fukue-jima(Spring, 2009) Takamura et al results at Cheju(Mar. 2005) Wang et al results at Hefei(Mar-Spr. 07-10) Model Characteristics Model Characteristics M1 Water M6 rural M2 dust-like M7 sea spray M3 soot M8 urban M4 volcanic ash M9 troposphere M5 75%H2SO4 M10 yellow sand ARFsummaryModelAverage06A25 ARF SFC (W/m 2 ) -20-40 -60-80 SFC M5 M1 M4 M6 M7 M9 M3 M10 M8 M2-100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Aerosol Optical Thickness(500nm)
エアロソルの質の重要性 Present result at Fukue-jima(Spring, 2009) Takamura et al results at Cheju(Mar. 2005) Wang et al results at Hefei(Mar-Spr. 07-10) 20 10 TOA M3 Model Characteristics Model Characteristics M1 Water M6 rural M2 dust-like M7 sea spray M3 soot M8 urban M4 volcanic ash M9 troposphere M5 75%H2SO4 M10 yellow sand ARFsummaryModelAverage06A25 ARF TOA (W/m 2 ) 0-10 M8 M2-20 M9 M10/M4/M1/M6 M5/M7-30 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Aerosol Optical Thickness(500nm)
Aerosol sample derived from GLI/ADEOS II Monthly mean May, 2003 Monthly mean Aug., 2003 (GLI products: courtesy of Dr. Higurashi/NIES)
Validation of Aerosol Product/GLI 衛星推定エアロゾル量の検証 ( 仮定した粒径分布とその修正 ) ATSK5 Ver.1 ATSK5 Ver.2 Size distribution of aerosol Small Particle Large Particle Radius std Radius std 0.17μm 1.3 3.44μm 2.37 0.13μm 1.66 1.7μm 2.0 GLI Optical Thickness GLI Angstrom Exponent 修正後の比較結果 ) error: 80% error: 50% SKYNET AOT GLI Angstrom Exponent GLI Optical Thickness 修正前の検証結果 ) error: 70% SKYNET AOT error: 30% SKYNET AE SKYNET AE (GLI products: courtesy of Dr. Kikuchi/EORC/JAXA)
地球 - 大気系のエネルギー収支の概観
全球月平均雲量の経年変動 http://isccp.giss.nasa.gov/climanal1.html 全球月平均雲の光学的厚さの経年変動 http://isccp.giss.nasa.gov/climanal1.html
衛星推定雲物理量の衛星間比較 GLI( みどり II) と MODIS(NASA) 光学的厚さ MODIS/TERRA GLI/ADEOS II 雲の光学的な厚さは 南半球で小さく 北半球で相対的に大きい傾向 緯度 雲粒の大きさは 南半球で比較的大きく 北半球で小さい傾向 有効粒径 (um) MODIS/TERRA GLI/ADEOS II 緯度 By Dr. N. Kikuchi/JAXA
衛星から推定される下向き日射量の衛星間比較例 1.0 緯度 0.8 雲量 0.6 0.4 0.2 0.0 緯度 By Dr. N. Kikuchi/JAXA
CEReS 衛星プロダクト例 3 時間平均上向日射量 (TOA) 3 時間平均下向日射量 (SFC) 静止気象衛星から求められた全球 3 時間平均日射量 (Sept. 2 3, 2002)[ 日平均ではない ] (Takenaka et al., 2009)
地上観測との比較 Ground Obs(CM21, W/m2) Courtesy of Dr.Takenaka/Univ Tokyo
ひまわり衛星 ラピッドスキャン (可視チャンネル 5min毎) CREST/JST 再生可能エネルギーの調和的活用に 貢献する地球科学型支援システムの 構築 研究代表者 東海大学 中島 孝 日射 科学技術推進事業 戦略的創造推進事業 分散協調型エネルギー管理システム構築の ための理論及び基盤技術の創出と融合展開 曇 晴 時刻 日射 日射 風 晴天 時刻 (Courtesy of T.Y. Nakajima)
まとめと課題 1. エアロゾルの質の重要性光学的厚さだけでなく 吸収の性質が重要 2. 雲の観測の不十分さ推定手法ー雲の多様さー地上検証の難しさ 3. 日射 放射観測との対応時間 空間代表性ー分解能の違いー 2012 年 11 月 15 日平成 24 年度地球観測連携拠点主催ワークショップ