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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1. はじめに
1.1 衛 星 測 地 観 測 と 地 球 大 気 に 起 因 する 測 定 誤 差
地 球 上 の 様 々な 場 所 で 発 生 する 自 然 現 象 を 正 しく 理 解 するためには, それらを 正 確 に 捉 える
ためのより 高 精 度 な 観 測 が 重 要 になる. 特 に 地 表 の 変 位 量 を 正 確 に 測 ることは, 地 震 や 火 山 の
ような 地 殻 変 動 を 伴 う 自 然 現 象 のメカニズムを 解 明 するためには 欠 かすことができない. かつ
てマイクロ 波 を 用 いた 観 測 が 無 かった 時 代 には, 水 準 測 量 や 三 角 測 量 による 観 測 が 地 殻 変 動 を
観 測 するための 唯 一 の 方 法 であり, これらの 観 測 は 測 定 精 度 は 優 れているものの, 一 つ 一 つの
観 測 に 時 間 がかかるため 高 空 間 分 解 能 , 高 時 間 分 解 能 な 観 測 の 実 施 には 適 していなかった. 20
世 紀 に 入 り, マイクロ 波 を 利 用 した 地 殻 変 動 観 測 の 手 法 が 次 々と 考 えられた. 1980 年 代 に 超 長
基 線 電 波 干 渉 法 (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) が 実 用 化 され, 2 点 の 観 測 点 間 の 基 線
長 を 数 mm の 精 度 で 計 測 することによりプレートの 移 動 を 初 めて 実 測 , 1990 年 代 には GPS
(Global Positioning System) と Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) が 登 場 し, 地 殻 変
動 観 測 は 新 時 代 を 迎 えた.
これらの 手 法 は 時 間 ・ 空 間 分 解 能 の 点 においてそれぞれ 特 徴 が 異 なるが, どちらもマイクロ
波 の 位 相 を 用 いることにより 数 cm から 数 mm の 変 動 を 検 出 可 能 という 点 において 共 通 して
おり, このことが 宇 宙 測 地 技 術 のもっとも 重 要 な 点 である. しかしこれらの 手 法 は, マイクロ
波 が 地 球 大 気 を 通 過 する 際 に 真 空 とは 異 なる 不 均 質 媒 体 を 通 過 することによる 波 の 速 度 変 化 ,
進 路 の 屈 曲 の 影 響 を 受 けるため, GPS・InSAR どちらの 地 殻 変 動 観 測 においても 地 球 大 気 に 起
因 する 誤 差 を 持 つことになる. GPS の 場 合 は Dixon (1991) に 示 されているように 大 気 伝 搬 遅
延 量 を 高 い 精 度 で 推 定 することが 可 能 であり, GPS 気 象 学 と 呼 ばれる GPS から 得 られる 大 気 水
蒸 気 情 報 を 利 用 した 研 究 が 盛 んになされるようになった. これまでにも 季 節 変 動 や 集 中 豪 雤 等
に 伴 う 遅 延 量 の 変 化 を 捉 えたり, 遅 延 データを 数 値 気 象 データに 組 み 込 むデータ 同 化 という 手
法 によって 気 象 モデルの 精 度 向 上 がなされるなど 様 々な 研 究 がされている. 一 方 InSAR におい
ては 大 気 遅 延 の 補 正 方 法 が 確 立 されておらず, 現 段 階 で InSAR データから 地 殻 変 動 成 分 と 大 気
遅 延 成 分 を 分 離 することは 非 常 に 困 難 な 状 態 にある. そのため InSAR による 地 殻 変 動 観 測 では
常 に 大 気 伝 搬 遅 延 による 誤 差 が 含 まれることになり, この 分 離 困 難 な 誤 差 は 地 殻 変 動 観 測 にと
って 悩 みの 種 である. もちろん InSAR でも 水 蒸 気 遅 延 シグナルを 分 離 できるなら GPS と 同 じ
ように InSAR でも 水 蒸 気 の 情 報 が 得 られることになり, 気 象 学 的 な 研 究 にとっても 大 変 有 益 な
情 報 をもたらしうるので, こういった 側 面 からも InSAR での 水 蒸 気 遅 延 の 推 定 は 重 要 であり,
世 界 中 で 数 多 くの 研 究 者 が 研 究 を 進 めている.