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気象観測の新時代に向けて大きく飛躍する「ひまわり」 横田寛伸

静止気象衛星「ひまわり8号」が、2014年10月7日にH-IIAロケット25号機で打ち上げられる予定です。「ひまわり8号」には最先端の観測機器が搭載され、次世代型として世界中からの注目が集まります。7号よりも格段に性能が向上すると期待される「ひまわり8号」。どこまで観測できるようになるのか、お話を伺いました。


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従来機より性能が飛躍的に向上

インタビュー気象衛星「ひまわり8号」の概要を教えてください。

気象衛星「ひまわり8号」(提供:気象庁)
気象衛星「ひまわり8号」(提供:気象庁)

 「ひまわり8号」は、軌道上でアンテナや太陽電池パネルなどを展開した全長が約8m、本体の重さは約1.3t(燃料を除く)の静止気象衛星です。2014年10月7日に鹿児島県の種子島宇宙センターからH-IIAロケットで打ち上げられ、約10日後には、日本の南にあたる東経140度の赤道上空約36,000kmの静止軌道に入る予定です。その後、性能確認テストを行い、2015年の7月頃から本格的な観測を始めます。

インタビュー現在活躍する「ひまわり7号」に比べ、どれだけ観測の精度が上がるのでしょうか?

 「ひまわり8号」は従来機よりも性能が飛躍的に向上し、データ量は50倍にもなります。7号との主な違いは3つあります。まずは、分解能が2倍になること。「ひまわり」は可視光と赤外線の観測センサを搭載していますが、可視光のセンサの水平分解能が1kmから0.5kmへ、赤外線は4kmから2kmへと変わります。分解能が上がればそれだけ細かく見られますので、今までぼやけていた部分がより鮮明に分かるようになります。

「ひまわり」の観測範囲
「ひまわり」の観測範囲

 2つ目は、観測所要時間が30分から10分に短縮されること。ひまわりは、赤道上空の静止軌道から東アジアや西太平洋を観測します。地球全表面の約4分の1にあたるこの面積を、一般的なカメラのように1回でパシャッと撮影するのではなく、北極付近から南極付近まで、東西方向に帯状に少しずつスキャン(撮影)していきます。これまではスキャンが完了するのに30分かかっていましたが、10分でできるようになります。さらに、日本付近については2分半ごとの観測が可能になります。衛星から見える範囲の観測を10分間隔で行いながら、特定の領域を2分半間隔で観測できるのです。その結果、豪雨や竜巻をもたらす積乱雲の急発達のようすを、いち早く捉えることができると期待されています。

大陸からの黄砂。「ひまわり8号」ではカラーで見られる。(提供:気象庁)
大陸からの黄砂。「ひまわり8号」ではカラーで見られる。(提供:気象庁)

 3つ目は、観測種別が約3倍の16種類になること。観測センサの波長帯の数が、7号は可視光が1バンド、赤外線が4バンドの計5バンドでしたが、「ひまわり8号」は可視光が3バンド、近赤外が3バンド、赤外が10バンドの計16バンドになります。その結果、雲のようすを、これまで以上に詳しく見ることができるようになります。また、可視光が3バンドになったことで赤・緑・青のカラー合成ができますので、白黒だった画像がカラーに変わります。春先に大陸から黄砂が飛んできますが、白黒だと黄砂なのか雲なのかよく分かりません。カラーになると黄砂は黄色く写りますので、見ただだけで黄砂だと判別できるでしょう。

インタビュー雲のようすを見るというのを、もう少し詳しく教えていただけますか。

 まず、雲の高度を調べます。大気は地面に近いところほど温かく、上空に行くほど冷たくなりますので、雲のいちばん上の温度を測れば、どのくらいの高さにある雲なのかが分かります。温度を測る赤外線のバンド数が増えたことで、より詳しく雲の高さが分かるようになりました。雲は風に乗って時間とともに移動しますが、どこにあった雲がどちらの方向に動いたかを調べると、上空の風向きや風速を正確に推定できます。また、雲が氷でできているのか水滴でできているのかも明らかにします。下の方の雲は水滴でできていますが、温度が下がる上空ではそれが氷の粒になります。「ひまわり8号」では、そうした雲の特性も分かりやすくなると思われます。

豪雨をもたらす積乱雲を細かく見る

インタビュー集中豪雨をもたらす積乱雲は寿命が短いので、観測所要時間が短縮されることで大きな効果が得られそうですね。

発達した積乱雲(ISSから撮影)(提供:NASA)
発達した積乱雲(ISSから撮影)(提供:NASA)

 1つの積乱雲は、発生して成長して衰弱するまで1時間くらいです。集中豪雨や突風、竜巻など、急激に発達する積乱雲に伴う気象現象があるわけですが、短い間隔で連続的に観測しなければ、積乱雲の発達に追いつきません。「ひまわり8号」では日本上空を2分半ごとに観測しますので、積乱雲の急激な発達を克明に捉えることができます。また、将来的には、30秒間隔で雲を観測することも考えていますので、これまで見られなかった新しい発見があるかもしれません。

インタビュー将来的には、というのは?

 どの人工衛星も、打ち上げてからデータ処理手法が安定するまでに時間がかかります。「ひまわり8号」についても、打ち上げてしばらくは、観測画像のデータ処理にあたり、衛星のブレを補正するための調整が必要になると見込まれます。「ひまわり」は、帯状にスキャンして撮った複数の画像を1枚に合成しますが、各々のスキャンの画像が地球上のどの位置を見ているかを合わせるために、30秒に1回、海岸線を撮影します。海岸線は、海と陸地の境目で、非常に正確な線が引けますので、位置合わせの際にその線をきちんと合わせれば、ブレのない写真になるというわけです。打ち上げからある程度経てば、衛星画像のデータ処理のプログラムが調整され位置合わせの補正が少なくて済むようになりますので、この30秒ごとの観測機能の2つあるうちの一方を使って雲の動きを30秒間隔で観測する予定です。

インタビュー「ひまわり8号」の観測で、台風の進路予測の精度は上がると思いますか?

「ひまわり」が捉えた台風(提供:気象庁)
「ひまわり」が捉えた台風(提供:気象庁)

 赤外線のバンド数が増え、雲の動きや上空の風を観測する精度が格段に上がりますので、数値予報に使うデータの質が良くなり、台風の進路予測精度も向上すると思います。台風という自然災害をもたらす気象現象を予測することは、気象庁の重要な任務の一つであり、その精度が上がることを非常に期待しています。

インタビュー数値予報というのは何でしょうか?

  数値予報は、物理学や化学の法則に従って、風や気温などの時間変化をスーパーコンピュータで計算し、将来の大気の状態を予測する方法です。数値予報では初期値(計算を開始する時点での大気の状態)が重要です。それをより正確に把握するために世界中の気象観測データを利用しています。気象庁では、「ひまわり」だけでなく、世界中で観測された気象データを集め、そのデータをスーパーコンピュータに入力して計算しています。気象庁は1959年から数値予報を行っており、この結果は、一般の天気予報だけでなく航空や船舶の安全運航等さまざまな方面で利用されています。「ひまわり8号」により、数値予報の精度をさらに向上させたいと思います。

天気予報、防災、環境監視の精度向上に期待

インタビュー「ひまわり8号」によって、天気予報の精度は上がりますか?

 観測機能が飛躍的に向上しますので、予報精度もきっと良くなるはずです。ただし、「ひまわり」はあくまでも雲の上端を観測していて、雲の下で何が起きているのかを見ることはできません。雲の下でどれくらいの雨が降っているのか、竜巻が起きているのかを見られるのは、地上から観測する気象レーダーやアメダスなどです。気象レーダーは、雨や雪の強さと動きを観測し、全国に20カ所配置されています。一方、アメダスは、地上の気温や降水量、風向・風速などを測定し、全国に約1,300カ所あります。天気の予報は、このような地上からの情報と、宇宙からの情報を組み合わせることでできるのです。

インタビュー自然災害の軽減のほかに、地球環境監視にも役立ちますか?

「ひまわり」による海面水温の検出。赤いほど温度が高い。(提供:気象庁)
「ひまわり」による海面水温の検出。赤いほど温度が高い。(提供:気象庁)

 防災対策はもちろんのこと、地球環境の監視にも役立つと思います。地球の温暖化に伴って海面水温が上昇していますが、「ひまわり」に搭載される赤外線センサは、海面水温を測ることもできます。また、温暖化によって台風の巨大化や、発生数が増えるのではないかと言われています。「ひまわり」は台風の強さや発生域などを観測していますので、その統計データを見れば、地球上の台風がどう変化してきたかを見ることもできます。

インタビュー「ひまわり」のデータは一般向けにも公開されているのですか?

 気象庁のデータは「ひまわり」に限らず、無料・無制約で公開しています。また、天気予報や警報・注意報をはじめとする気象情報は即時性が強く求められますので、気象情報はリアルタイムで出しています。例えば、現在の衛星画像は、気象庁のホームページでご覧いただけるほか、気象業務支援センターを仲介して民間の気象会社や報道機関に提供しています。

 関連リンク:気象庁 気象衛星観測について

インタビュー「ひまわり8号」のデータ量は従来機の50倍もあり、それをリアルタイムで提供していくためには、相当な情報処理能力が必要ですね。

横田寛伸

 データが溜まると計算機の処理が追いつかなくなりますので、次の観測が始まる前までに、前回の観測データの処理を終える必要があります。「ひまわり8号」は10分間隔で繰り返し撮影しますから、10分以内にデータ処理をしなければなりません。実は、このデータ処理にも従来との違いがあるんです。7号までは海外製のデータ処理ソフトウエアを使っていましたが、「ひまわり8号」では、気象庁の職員が開発したソフトウエアを使います。気象庁がこれまで蓄積してきたデータ処理のノウハウを活かし、自前でソフトウエアを開発することに挑戦したのです。今後は自分たちでプログラムの改良もできるようになりますので、データ品質の一層の向上に役立つと思っています。

アジア太平洋諸国の防災にも協力

インタビュー1977年に「ひまわり」の初号機が打ち上げられてから、観測精度はどれくらい向上したのでしょうか?

打ち上げを待つ「ひまわり8号」(提供:三菱電機)
打ち上げを待つ「ひまわり8号」(提供:三菱電機)

 初号機の分解能は、可視光のセンサが1.25kmで、赤外線は5km。今の6号・7号は、可視光が1kmで、赤外線は4kmですから、この35年間で若干の向上です。次の8号、9号では可視光が0.5km、赤外線が2kmになりますので、過去35年間になかったほどの、技術的な大躍進を遂げることになります。

インタビュー「ひまわり9号」の打ち上げもすでに決まっているのでしょうか?

 8号と同性能の9号を、2016年度に打ち上げる予定です。8号、9号ともに観測は7年間で、今後14年間はこの2機で観測を行います。2022年までは、9号は8号のバックアップです。その後は8号から9号に観測を交代して8号がバックアップになります。気象観測は私たちの生活に欠かせないものですから、万が一の場合に備えて、観測が途切れないよう軌道上でバックアップの衛星を配備しています。

インタビュー現在、軌道上に「ひまわり8号」と同レベルの気象衛星はありますか?

「ひまわり7号」(提供:気象庁)
「ひまわり7号」(提供:気象庁)

 「ひまわり8号」ほど高機能化した気象衛星を打ち上げるのは、世界で初めてです。気象衛星の観測は地球を取り囲むように各国が協力して行う必要があり、どこの国の衛星も、できるだけ同等レベルのセンサを搭載しようという国際的な調整をしています。ですから、これから打ち上げる海外の気象衛星も、「ひまわり8号」と同じような次世代型になりますが、打ち上げるタイミングとしては、日本が最初です。7号の設計寿命が来るのが来年なので、それまでに次の「ひまわり8号」を打ち上げる必要があったのです。アメリカの次世代型衛星は2年後、ヨーロッパの衛星はさらに3年後に打ち上げられる予定です。先陣を切って打ち上げられる「ひまわり8号」が、どんな観測データを我々に見せてくれるのか、日本だけでなく、海外の方々も大変注目しています。

インタビュー気象業務では国際的な協力がしっかり行われているのですね。

 大気は地球の周りをぐるっと回っていますので、日本の上空の大気も、何日か前はヨーロッパやアメリカの上空にあったかもしれません。ですから、世界中のいろいろな国が観測をして、その気象観測データを相互交換しないと、いい効果が生まれません。日本の天気予報や警報などを的確に発表するためには、国際的な協力が重要なのです。世界各国の気象機関は、国連の専門機関である世界気象機関(WMO)などで協力関係を構築してきました。日本も1977年以来、「ひまわり」の運用を通して、宇宙からの気象観測という面で国際協力に貢献しています。

インタビュー「ひまわり」のデータも海外に提供されているのですか?

 「ひまわり」のデータは、世界中の国々の気象機関に対して、現在は主に「ひまわり」に搭載された通信機能によって提供され、天気予報や防災などに役立てられています。「ひまわり8号・9号」ではデータ量が約50倍になることから、このような通信機能を搭載しておらず、主に地上施設から提供する計画です。一方、インターネット環境が脆弱な途上国には、一般の通信衛星を経由してデータを配信する計画を進めています。アジア太平洋諸国は台風等により自然災害が多いのですが、必ずしも気象観測の手段が発達していませんので、「ひまわり」に頼っていると言っても過言ではありません。それらの国の気象機関に対しては、単にデータを提供するだけでなく、データ解析の研修を行うなど支援しています。

途絶えることのない技術革新を

インタビュー気象庁では、JAXAの地球観測衛星のデータも利用していますね。

JAXAの水循環変動観測衛星「しずく」が捉えた台風。赤いほど降水量が多い。背景の白黒画は「ひまわり」による雲の分布。
JAXAの水循環変動観測衛星「しずく」が捉えた台風。赤いほど降水量が多い。背景の白黒画は「ひまわり」による雲の分布。

 気象庁では、JAXAの地球観測衛星のみならず、海外の衛星や、関係府省や自治体等の地上の雨量計、気象レーダー、地震計、震度計、潮位観測など、国内外を問わず、世界中の使えるデータは何でも使わせていただいています。

インタビューJAXAにどのようなことを期待しますか?

 「ひまわり」は、初号機から5号機まで、JAXAの前身のNASDA(宇宙開発事業団)と気象庁で共同開発を行いました。ですから、「ひまわり」の歴史はNASDAの協力抜きでは語れません。初号機の頃の宇宙開発はアメリカとソ連が中心で、日本はまだ黎明期でしたが、その時代から始めた「ひまわり」が、今や世界トップレベルの技術を持つまでになったわけです。それはやはり、JAXAが、将来を見据えた先進的な技術開発を行ってきたからこそだと思います。「ひまわり」は次の8号・9号で終わりではなく、今後もレベルアップして継続していかなければならないものです。未来の「ひまわり」のベースとなる宇宙技術のためにも、JAXAには引き続き、日本の宇宙開発および宇宙産業をけん引してほしいと思います。

インタビュー最後に、今後の展望をお聞かせください。

横田寛伸

 「ひまわり」は国民の皆さまの安全・安心に直結するものであり、我が国だけでなく、アジア太平洋諸国の自然災害の防止、地球環境の監視に役立つものです。ですから、「ひまわり」による観測が途絶えないようにし、有益な情報を提供できるよう、最新の科学技術・知見を取り入れた気象衛星観測を続けていきたいと思います。

横田寛伸(よこたひろのぶ)
気象庁 観測部 気象衛星課 衛星運用事業管理官
気象大学校卒業。気象庁入庁後、予報、海上気象観測、企画部門などを経て、気象衛星課での在籍は今年で通算8年目となる。「ひまわり8号・9号」の構想段階から製造・打ち上げ・運用に一貫して携わり、2013年より現職。

[2014年9月公開] 

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