InSAR に含まれる対流圏伝搬遅延 : ノイズの場合と ... - 北海道大学

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要 旨
宇 宙 測 地 技 術 の 発 展 は 高 精 度 な 地 殻 変 動 連 続 観 測 を 実 現 し, 自 然 現 象 の 理 解 を 一 層 促 した 一 方 ,
対 流 圏 を 電 波 が 伝 搬 する 際 , 特 に 水 蒸 気 分 布 によって 生 ずる 電 波 伝 搬 遅 延 は 依 然 として 大 きな 誤 差
要 因 として 存 在 する. 特 に 干 渉 合 成 開 口 レーダ (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR) に
おいては, 異 なる 二 時 期 の 間 に 起 きた 地 殻 変 動 シグナルに, それぞれの 時 期 における 不 均 一 な 水 蒸
気 分 布 が 重 ね 合 わされて 観 測 されるため, 地 殻 変 動 シグナルと 水 蒸 気 による 伝 搬 遅 延 ノイズをいか
に 分 離 するかについて, 様 々なアプローチによる 研 究 がなされてきた. また 一 方 で, 水 蒸 気 による
伝 搬 遅 延 は 対 流 圏 の 水 蒸 気 分 布 を 反 映 しており, InSAR が 広 い 空 間 領 域 を 数 10 メートルの 空 間 分 解
能 で 観 測 できることを 考 えれば, 地 殻 変 動 観 測 の 道 具 としてだけではなく, 超 高 空 間 分 解 能 な 水 蒸
気 センサーとしての 気 象 学 的 な 価 値 もあるはずである. 本 論 文 では InSAR における 水 蒸 気 による 伝
搬 遅 延 がノイズとなる 場 合 とシグナルとなる 場 合 の 2 つの 研 究 を 行 った.
1. 地 殻 変 動 観 測 のための 水 蒸 気 遅 延 の 補 正
微 小 な 地 殻 変 動 量 の 検 出 にとっては, 水 蒸 気 遅 延 はノイズであるため, それを 補 正 する 必 要 があ
る. 近 年 の 数 値 気 象 モデルの 高 分 解 能 化 を 鑑 み, 数 値 気 象 モデル WRF-ARW と KARAT による 波 線
追 跡 法 を 用 いた calibration 法 (Method 1) による 対 流 圏 伝 搬 遅 延 の 補 正 を 行 い, 結 果 を 地 形 相 関 大 気
遅 延 補 正 法 の 結 果 と 比 較 した. 補 正 の 結 果 , Method 1 による 補 正 は 地 形 相 関 大 気 遅 延 補 正 法 に 比 べ
てそれほどうまく 補 正 出 来 ていなかった. そこで WRF/KARAT による 遅 延 補 正 量 の 出 力 値 を 利 用 し
た 遅 延 補 正 方 法 として, さらに 二 通 りの 方 法 を 考 案 し, 実 際 の InSAR データに 適 用 して, その 効 果
を 調 べた. 一 つは, WRF/KARAT の 出 力 値 を 地 形 相 関 成 分 と 地 形 非 相 関 成 分 の 2 つに 分 離 してこれら
の 係 数 倍 を 補 正 のモデルとする 方 法 (Method 2) , もう 一 つは Method 2 の 地 形 非 相 関 成 分 をさらに
空 間 スペクトル 成 分 に 分 けて 地 形 相 関 成 分 も 含 めたこれらそれぞれの 係 数 倍 の 和 を 補 正 のモデル
とする 方 法 (Method 3) である. 実 際 に 得 られた 7 通 りの InSAR データに 適 用 して 比 較 した 結 果 ,
Method 2 による 遅 延 補 正 が 最 も 効 果 的 であった.
2. 水 蒸 気 センサーとしての InSAR の 利 用
集 中 豪 雤 の 際 , 対 流 圏 内 はどのような 水 蒸 気 分 布 をしているのだろうか? 現 状 では 各 種 の 気 象 レ
ーダ 観 測 や 気 象 衛 星 「ひまわり」を 用 いた 観 測 などがなされているが, InSAR のデータから 集 中 豪
雤 に 伴 う 電 波 伝 搬 遅 延 を 調 べることができれば, 他 の 観 測 手 段 では 得 られない 高 空 間 分 解 能 な 水 蒸
気 分 布 のシグナルが 得 られるだろう. 本 研 究 では 2008 年 9 月 2 日 に 西 濃 地 方 を 襲 った 集 中 豪 雤 時 に
緊 急 観 測 された SAR データと, 2010 年 1 月 に 同 一 モードで 観 測 された SAR データを 用 いて InSAR
画 像 を 作 成 し, このデータを 解 析 した. この InSAR データには 集 中 豪 雤 に 伴 うと 思 われる 局 所 的 な
シグナルが 見 られたが, このシグナルが 本 当 に 対 流 圏 伝 搬 遅 延 であることを 確 認 する 必 要 がある.
そのために 地 殻 変 動 , DEM の 誤 差 , 電 離 層 の 影 響 の 3 つの 要 因 について 詳 細 に 検 討 した. その 結 果 ,
検 出 されたシグナルは 集 中 豪 雤 に 起 因 する 対 流 圏 伝 搬 遅 延 を 捉 えている 可 能 性 が 非 常 に 高 いこと
が 分 かった. 次 に 前 述 の Method 1 と 同 様 の 方 法 でこのシグナルの 再 現 性 について 検 証 を 行 った.