地球環境モニタリングに関する研究

〔内　容〕
　（１）ILASプロジェクト
　平成９年６月末に，衛星本体側の問題で衛星運用が停止し，ILASについてもデータの入手が途絶えた。しかし，運用開始からの約８カ月間に取得された観測データは，南極オゾンホールの解消期や，北半球極周辺での春季のオゾン減少過程等にかかる非常に有用なデータを含んでいる。ILASプロジェクトでは，取得されたデータについて，検証データとの比較解析，データ解析アルゴリズムの改訂，データ再処理の作業を継続して続けている。
　平成１０年６月には，ILASプロダクトVersion３．１０のうちオゾン，硝酸，エアロゾル消散係数（７８０nm）の３つのパラメータについて，一般公開に付した。本年度中に，これらについては検証作業を終え，学術雑誌に論文を発表した。
　本年度のアルゴリズム改訂作業の中での重要事は，測定高度決定に際して太陽輪郭センサーデータの利用を可能にしたことである。これにより，高度情報の不確定性を低減でき，精度の向上に大きく寄与した。このほか，種々の改定を施し，新しいVersionのプロダクト（ILAS Version５．００）作成に着手した。
　（２）ILAS-�Uプロジェクト
　データ処理のためのアルゴリズム検討を引き続き行い，また，開発中のデータ処理運用システムの中間評価を行った。当初の基本設計策定以後の各種の進捗を考慮して，データ処理ソフトウェアの改訂作業を行った。データ利用研究等の推進を図るため，宇宙開発事業団と共同して研究公募を実施した。これに基づき，研究グループの組織化を行った。
　（３）SOFISプロジェクト
　SOFIS機器の基本設計作業を支援するため，SOFISによる計測可能性のシミュレーション評価を行った。また，各種の温室効果ガスの赤外吸収に関する情報の収集を行った。

〔成　果〕
（１）ILASプロジェクト
　１）データの前処理に関する研究
　ILASのデータプロダクトのうち，特に二酸化窒素と水蒸気について，明らかに異常な高度方向の振動現象が見られていたため，これを改善するための研究を行った。その結果，データのノイズ除去処理（前処理）としてこれまで使用してきた時系列観測データの１１点平滑化処理の替わりに，０．５Hz以下の信号を通すディジタルフィルタを採用することにより，低高度における信号情報を極度に訛らせることなく，有効に振動現象が軽減されることが判明した。これは，ILAS装置の太陽追尾上の振動が，データ処理上のノイズの原因の一つになっていたためと考えられる。本研究成果は，ILAS Version５．００処理に反映される予定である。
　また，ILASが取得した信号に対応する大気層高度（接線高度）の決定において，これまでの可視チャンネルデータの酸素の吸収スペクトル（Ｐ枝）の面積情報を用いて高度を算出する方法とは別に，太陽輪郭センサーと太陽・地球・衛星位置情報を用いた幾何学的な計算方法を実用化した。これは，太陽輪郭センサー上の視野位置を精密に決定することが可能となったためである。さらに，両者の方法を複合してより高い精度で決定する手法を，他衛星データや検証データとの比較により開発した。この手法により，処理結果と検証実験結果との一致性が向上した。
　２）可視チャンネルデータの処理に関する研究
　可視チャンネルから気温と気圧を処理する際の誤差の要因として，酸素分子の吸収パラメータの不確定性や，装置関数の推定誤差などが考えられている。軌道上での装置関数は，ILASの１００％部データと地上からの高分解能な太陽フラウンホーファー線の観測値を利用することで決定された。その装置関数決定誤差を考慮した結果，気温導出の最大誤差は数℃以内に収まることが確認された。一方，酸素分子の分光パラメータに関しては，これまでにいくつかの最近の室内実験データを利用してきたが，平成１２年２月に出版された学術雑誌に報告されているデータベースを利用して，気温導出の系統的な誤差評価を行った。その結果，これまでの解析で用いてきたデータベースを利用した場合に比べて，最大で５℃以上気温が高く導出されることがわかった。
　また，気温・気圧導出誤差の主要因の一つである酸素分子吸収スペクトルのベースライン決定精度の評価を行った。これまでの解析で用いてきたデータベース（オゾンの吸収断面積データ）のほかに，最近の室内実験データを利用して，気温導出誤差を見積もった結果，ベースライン決定による影響は最大でも１〜２℃の範囲に収まることが確認された。今後も最新の分子分光パラメータと吸収断面積データの入手や，気温・気圧導出アルゴリズムの調整等によって，気温・気圧推定処理改善のための研究を進める。
　可視エアロゾル消散係数の導出に関しては，新たな試みとして，既知のオゾン吸収断面積データと赤外チャンネルから精度良く導出されたオゾン濃度の高度分布から，ベースラインに寄与するオゾン吸収分を見積もる手法の開発を進めている。ベースラインに寄与する空気分子散乱（レイリー）成分，エアロゾル散乱成分，オゾン吸収成分を独立に求めることによって，酸素分子の正味の吸収成分を精度良く導出できる可能性がある。
　最近の中間圏の力学化学過程で注目されていることとして，いくつかの衛星センサーから極域の夏至付近でのみ生成される極域中間圏雲（Polar Mesospheric Clouds，PMC）と呼ばれるエアロゾル粒子が観測されている。ILASデータからも極域中間圏雲の存在が確認できるかどうかの調査に着手した。
　３）赤外チャンネルデータの処理に関する研究
　これまで使用してきた赤外装置関数について，素子間クロストーク量の改訂，検出器窓材のスペクトル透過特性の取り込みなどを含め，全面的に再調整を行った。これにより，スペクトルの収束残差に見られる系統的な残差が減少した。なお，これまでの処理で暫定的に除外していた，収束残差が大きい５つの素子のデータも含め，全素子（４４素子）のスペクトルデータから導出を行うアルゴリズムに改訂した。
　赤外６μm付近の酸素のコンティニュームの影響量の計算手法を，これまで使用していたFASCODEによる方法から，米国の新たな放射伝達コードLBLRTMによる方法に改訂した。これにより，二酸化窒素のデータプロダクトの低高度における導出結果が，大幅に改善された。また，ILASの観測スペクトルにおけるCF４などのマイナーな気体の影響について研究を行い，影響が無視できない気体については，導出アルゴリズムへの取り込みを行った。
　４）ILAS検証解析
　ILAS観測に同期した種々の観測実験のデータを収集し，データベース化を図るとともに，Version４．２０処理アルゴリズムによるILASデータとの比較検討，検証解析を行った。
　Version３．１０から４．２０へ移行する際に，接線高度決めの不確定性が大いに改善されており，オゾン（図１），硝酸の比較では，ILASデータと検証データのより良い一致が見られるようになった。これは，瞬時視野の方向を測定するサンエッジセンサーの光学特性の評価を行った結果，Version４．２０では当初予定されていた通りの幾何学的手法による接線高度決定を行えるようになったためである。また，Version４．２０では太陽の周縁減光の影響の効果を取り込んだため，下部成層圏においてエアロゾル可視消散係数が，検証データとより良い一致を示した。また，亜酸化窒素，水蒸気についても，概して検証実験データとよい一致を示した。
　しかし，メタン，二酸化窒素については，特に下部成層圏以下において検証実験データとILASデータの間に，システマティックなずれが見いだされた。また，検証実験と概してよくあっているガス種についても，観測時期によっては一致の度合いが異なっているという特徴も見いだされた。これは，軌道上でのILASの機器温度の変化により，装置の特性が変化していることによる影響と考えられる。この季節変動の影響を取り込んだ，新たなデータ処理アルゴリズムを開発した。
　５）ILASデータ利用
　ILASデータのうち，Version３．１０によるオゾンと硝酸，及びVersion４．２０のエアロゾル可視消散係数については検証解析が一通り完了しており，ILASサイエンスチームメンバーにより科学的なデータ利用が行われた。オゾンデータを用いた北極域極渦内でのオゾン破壊の評価については前年の解析に加えて，非断熱冷却による空気塊の沈降を考慮した解析を行い，評価を精緻化した。また，ILASが有限の観測体積を持つことを考慮して，空気塊の移動の際の大規模な拡散を複数気塊の流跡線解析により評価してきた。
　エアロゾルデータを用いた，極成層圏雲の生成・出現に係る解析が奈良女子大学の研究者との共同で行われ，１９９７年冬から春にかけて，持続した低温に呼応する形で極成層圏雲が頻繁に出現する様子を明らかにした。

（２）ILAS-�Uデータ処理アルゴリズム及び運用システム
　データ処理アルゴリズムは，ILASデータ処理アルゴリズムの検討で得られた知見を反映させるような改訂を中心に検討を行った。主な検討事項は，ADEOS-�U衛星からのGPS信号が利用できない場合の代替アルゴリズム，観測データの有効部自動判定アルゴリズム，第３チャンネルの瞬時視野（IFOV）補正手法，太陽周縁減光補正手法，誤差要因，感度解析である。
　また，システムの本稼働を前に，データ処理性能試験を実施した。その結果，一部の機能に計算機システムとソフトウェアのチューニングを要するものの，本システムにおいて概ね良好に処理が実行できることが確認された。さらに，運用システムが装備する各サブシステムの機能の改訂を実施した。なお，本稼働運用に備え，データサーバへのネットワークのトラフィック集中を回避するために，従来のデータサーバを補強するためのサブデータサーバの導入を行った。平成１３年１１月にILAS-�Uの打ち上げが延期されたのに伴い，国立環境研究所と宇宙開発事業団との通信専用回線の開設を平成１２年度末に延期した。

（３）SOFISに係る検討
　極域冬の標準大気モデルの気温，気圧，及び各分子の濃度プロファイルをもとに，放射計算コードFASCODE３pを用い，接線高度１０〜８０kmまで１０kmおきにSOFISの分光分解能（０．２cm−１）での各ガスの透過率スペクトルを計算した。また，接線高度近傍における特定ガスの濃度を一定の割合で減少させた場合の透過率スペクトルについてそれぞれのガス種について計算し，これらを比較することにより各ガスの感度解析を行った。またこれらの計算においては，HITRAN９６の分子分光パラメータを用いた計算のほかに，GEISA９７分子分光パラメータに登録されている，京都議定書に定められた温室効果ガスのうちのPFC-１４，HFC-３２，HFC-１３４a，HFC-１４３a，SF６の５種ガスのクロスセクションデータも含めて感度計算を行った。その結果，上部対流圏・下部成層圏においてPFC-１４，HFC-１４３a，SF６についてはSOFISで検出可能であることが確認された。また，京都議定書に定められた各種温室効果ガスの大気中濃度混合比に関して情報収集を行った。
〔発　表〕A-２３，３２，３９〜４９，F-７，１４，１５，２０〜２５，２７，２８，３０，I-２２，a-２４〜２６，３４〜３８，f-２１，
２４，２８，３０〜３２，i-３８〜４２