Transcript KUEE_15Feb2013_Tsuda_ver2

地球電波工学講座・地球大気計測分野
（情報学・通信情報システム専攻）
生存圏研究所
大気圏 精測診断分野（津田研）
教授:
津田敏隆
特任准教授:
助教:
特定助教(GCOE):
研究員:
谷田貝亜紀代
古本淳一、矢吹正教
佐藤一敏
新堀淳樹、
Eugenio Realini、
S. K. Mehta
橋口典子
鹿田祥子、吉岡佐知子
研究支援職員:
(H24年度）
M2: 2名、M1: 3名、B4: 2名
津田
谷田貝
古本
矢吹
佐藤
S.K.Mehta
新堀
E. Realini
大気汚染
集中豪雨
IPCC第４次リポート(2007)
温室効果ガス排出シナリオ毎の全球気温変化の予測
地球温暖化および異常気象といった「極端気象」の
科学理解と社会適応策が安心・安全で快適な社会を
維持しつつ、人類が持続的に発展するのに重要
電磁波工学・通信情報科学を基礎に、大気環境
を精密計測する技術開発を進め、環境情報を収
集・解析する研究に取り組んでいる。
台風
津田研の研究テーマ
【概要】
１. 電磁波（電波・光）が大気中を伝播する際に起こる
現象（散乱、屈折・遅延、放射等）を活用して、独創
的な大気計測技術を開発。
1-1) 電波・光・音波複合大気計測法の開発
1-2) 精密衛星測位による大気環境計測（GPS 気象学）
2. 大気環境に関する大量の地上・衛星観測データの収
集・解析、効率的な流通・交換を促進するシステム
を開発。
2-1) 全球観測ネットワーク
2-2) 大気環境バーチャル情報拠点の構築
1）情報通信・環境計測に利用される電磁波
AMラ
ジオ
屈折
FMラジオ、
TV地上波
携帯電話
環境計測
無線
LAN
携帯電話
衛星放送
（BS、CS）
GPS測位
GPS掩蔽
GPS気象学
大気屈折
大気遅延
情報通信
赤外
通信
遅延
気象レーダー(5,
9 GHz 等）雨滴
ウィンドプロファイラ
(50MHz, 400MHz等)
衛星搭載降雨
レーダー/TRMM
風速3成分、乱流強度
散乱
RASS(音波）
ミリ波
レーダー
(35GHz)
気温・湿度
海洋レーダー
(3-30MHz) 海流,
反射
電離層構造
衛星マイクロ波放
射計(6,10,18,23, 35,
50GHz‥)水蒸気等
放射
50MHz
差分吸
収ライ
ダー
オゾン、
水蒸
気,CO2
航空機SAR(1.3, 9
GHz‥）地形、植生‥
アイオノゾン
デ(2-30MHz)
2MHz
リー、ミー、ラマン、
共鳴散乱) 気温、
湿度、組成。エア
ロゾル、風速
テラヘル
ツ(THz)
センサー
雨滴・霧
波浪, 海上風
ライダー(レイ
航空機
搭載雲
レーダー
(95GHz)
800
MHz
1.3G
Hz
1.2,-1.
6GHz
2.4,5
GHz
電波(周波数)
1112GHz
35G
Hz
サブミリ波
衛星観測
オゾン・微量
分子等
95G
Hz
0.110
THz
赤外光衛
星観測 雲,
水蒸気等
赤外光
0.415μm
可視・紫
外光衛星
観測 雲、
オゾン等
可視光
光(波長)
紫外
光
1-1）電波と音波を併用して気温を計測する
前線断面の模式図
電波・音波複合観測（RASS）
高度
RASSによる温度分布
地上から大出力の音波を上空に発射する
暖気
寒気
音波が作る屈折率変動でレーダー電波が反射
受信した信号のドップラー偏移から音速を測定
温度が音速により決まることから気温が求まる
時間
1-1）光（ライダー）を用いた大気のリモートセンシング
1-1) 走査型ラマンライダーによる大気計測
雲の鉛直断面観測
高度 (m)
後方散乱比
高度 (m)
市街域でも運用可能な、アイ
セーフ性の高い紫外レーザを
用いた走査型ライダー
水平距離 (m)
水蒸気混合比（g/Kg)
水蒸気の鉛直断面観測
1-1）電波・光計測による大気監視
気温、風、水蒸気、エアロゾル、雲の高い時空間分布情報
物質循環・
変質
気候
極端気象
大気質
気象
健康影響
光計測
電波・音波
計測
大気環境変化の監視・
メカニズムの解明
温暖化
3-wavelength
Aeroso/Cloud
Lidar
(ZA = 2 deg.)
Rayleigh/
Raman
Lidar
(ZA = 0 deg.)
流星レーダー
H2O Raman
Lidar
(ZA = 45 deg.)
RASS－MU
レーダー
RASS－ウィ
ンドプロファ
イラ
信楽MUレーダー
レイリー・
ミー・ラマン
ライダー
1-2）GPS気象学
測位誤差
（GPS電波が大気中を
伝播する際の遅れ）
を逆用して、
大気情報（水蒸気）
を知る。
One person’s NOISE is
another’s SIGNAL
国土地理院のHPより転載
1-2）GPS気象学に用いられる衛星
Global Positioning System
(GPS)
Quasi-Zenith Satellite System
(QZSS)
JAXA、HPより
 GPSは米国が、航空機・船舶等の  2010年9月に打ち上げられた日本版測
位衛星。GPSと組み合わせて測位。
航法支援用に開発した衛星測位シ
ステム
 日本近傍では、高仰角に常時１衛星が
見える→特に都市部や山間地で有効
 4個以上の衛星から発射された電
波を同時に受信すれば、受信点の  誤差補正情報等を送信することでGPS
位置と時刻を正確に求められる。
性能を改善
1-2）衛星測位(GPS)データを用いた集中豪雨監視・
早期警戒システム
地上気象（アメダス）
水蒸気データ解析・
データ
情報発信システム
GPS衛星
準天頂衛星
（QZSS)
リアルタイムデータ収集サーバ
GNSS観測データ
リアルタイム
データ収集
GEONET;
約20km 間隔
水蒸気ナウキャスト解析サーバ
結果表示Webサーバ
3～5分更新
一周波GNSS観測網
約 1 km 間隔
可視化
（マップ、時系列）
ALERT
気象災害の早期警戒監
視に活用（地方自治
体・防災機関等）
2011年10月16日
宇治市
1-2）GPS掩蔽法による気温プロファイルの導出
GPS電波が大気を通過して低
軌道衛星に達する際に、大気の
影響で屈折する。
電波の伝播特性から大気密度
（気温）の情報を取り出すこと
ができる。
高分解能
で気温導出
2-1）全球観測ネットワーク
2-1）大気環境変動の統計解析システムを用いた赤道大気観
測データ解析・研究
高度90㎞における東西風の変動スペクトル
上段：コトタバン、下段：ビアク
6.5日
6.5日
コトタバン流
星レーダー
南緯：0.203
東経：100.318
ビアク流星
レーダー
南緯：1.175
東経：136.102
2011年5月よりコトタバン流星レーダーと
同じ観測システムをもつビアク流星レー
ダーが定常観測開始
両レーダーともに赤道に位置
6.5日周期の振幅変動の比較
黒線：コトタバン、赤線：ビアク
開発した大気環境変動の統計解析システムに
よって両観測点上空90kmの6.5日周期の振幅変
化が類似していることが判明した
2-2）大気環境バーチャル情報拠点の構築
京都大学(RISH・理学研究科)、名古
屋大学、九州大学、東北大学、国立
極地研究所による大学間連携プロ
ジェクト
多様かつ膨大な観測
データが各研究機関
に分散して存在
バーチャル情
報拠点による
九大 連携強化
メタデータ(メタ情
報)のデータベース
で横断検索を可能に
地磁気研究
コミュニティ
東北大
PPAR
C
惑星大気研究
他の地球科学
分野へ展開
国内他機関・大学
海外研究者
メタデータのデータベー
スをネットワーク上で構
築し、一般に公開する
太陽地球環
境変動研究
コミュニティ
衛星、数値モデル
データへの拡張
国際宇宙天気・
教育センター
分野を横断したデー
タの総合解析による
新しい研究を促進
名大
太陽地球
環境研
XML
XML
メタデータ
DB
超高層大気科学
バーチャル情報拠点
XML
XML
京大
理・附属天文台
太陽物理学
コミュニティ
コミュニティ
XML
XML
極地研
極域研究
コミュニティ
XML
地磁気研究
コミュニティ
京大
生存研
京大 理・地磁気センター
観測DB
(+解析ソフト)
地球大気研究
コミュニティ
各機関が所有する観測
データの可視化・解析
ツールの開発も行う
津田研のまとめ
◎
研究対象／手段
１．電波・光・音波を用いた大気計測
地上: レーダー、レーザー・レーダー、ＲＡＳＳ
野外実験（信楽、青森、インドネシアなど）
衛星: ＧＰＳ大気計測、衛星放射計 など
国際共同研究（米、豪、インド、ドイツ）
２．地球大気環境情報データベースシステム
◎
持続発展可能な社会への貢献
地球環境変化モニタリング、異常気象の監視・早期警戒と予測
◎
身につくこと
先端機器を用いたハードウェア開発、データ解析技術、
電気電子工学の専門知識に加え、地球環境変化、
持続発展可能社会など幅広く学ぶことができる。
信楽MU観測所見学ツアー（津田研・山本研合同）
光を用いた地球大気のリモートセンシング
（仮です）
2013年2月20日 13:00～17:00
13:00 本部･時計台前集合
14:30-15:30 信楽MU観測所見学
15:30 信楽発
17:00 吉田キャンパス着
事前登録が必要です。説明会後に
電総大の出口で受付けます。
配布資料を見て申し込んで下さい。
申し込み：
MUレーダーホームページ
電気電子工学科掲示板
京都大学生存圏研究所・
信楽MU観測所
光を用いた地球大気のリモートセンシング
信楽MU観測所見学ツアー（津田研・山本研合同）
光を用いた地球大気のリモートセンシング
2012年2月21日 10:00～15:00
10:00 本部･時計台前集合
11:30-14:00 信楽MU観測所見学
14:00 信楽発
15:00 吉田キャンパス着
事前登録が必要です。説明会後に
電総大の出口で受付けます。
配布資料を見て申し込んで下さい。
申し込み：
MUレーダーホームページ
電気電子工学科掲示板
近年の卒業研究テーマ
【大気エアロゾル・雲の研究】
H24卒論タイトル
「ウィンドプロファイラの側方放射を利用した 水蒸気推定手法に
関する研究」
「ライダーによる大気中微小粒子の検出法に関する研究」
H23卒論タイトル
「稠密GPS受信ネットワークによる集中豪雨監視システムに関す
る基礎研究」
H22卒論タイトル
「大気境界層におけるウインドプロファイラレーダーの風速推定誤
差に関する研究」
「大気環境長期変動解析のための統計検定パッケージに関する
研究」
H21卒論タイトル
「ＧＰＳ電波の大気伝搬遅延を用いた可降水量の時空間変動特
性に関する研究」
最新レーダー技術による新観測手法開発
現在まで、レーダーを用いて
気温や水蒸気を推定する
手法の開発に取り組んできました。
レンジ
ゲート
出力電力
拘束高度
「レーダーイメージング」を用いることで、
今まで捉えられなかった高解能での観測
を実現する手法開発をしています。
観測結果の一例
ビーム幅
レーダー
黒実線：RASSイメージング結果
赤1点破線：ラジオゾンデ観測結果
レーダー波数
複数の周波数を用いたRASS観測データを組み合
わせることで従来より優れた気温観測を実現
Global Positioning System
(GPS)
Quasi-Zenith Satellite System
(QZSS)
提供：JAXA小暮氏
 GPSは米国が、航空機・船舶等の航  2010年9月に打ち上げられた日本版測位
衛星。GPSと組み合わせて測位。
法支援用に開発した衛星測位シス
テム
 日本近傍では、高仰角に常時１衛星が
見える→特に都市部や山間地で有効
 4個以上の衛星から発射された電波
を同時に受信すれば、受信点の位  誤差補正情報等を送信することでGPS性
置と時刻を正確に求められる。
能を改善
23
2-1）インドネシアにおける流星レーダーの長期観測データ
を用いて地球大気の変動（地球温暖化、太陽活動）を解明
流星飛跡: 高度 70-120 km に
発生、突入速度 10-70 km/秒
一日に全球で約50トン流入
★
★
地球温暖化の長期
トレンド？
太陽活動11年
周期変動？
★
★
★：インドネシアのレーダー観測所
1992-2006年にMFと流星レーダー観測か
ら捉えられた高度86kmにおける南北風
（上）、東西風（下）の長期変動