地球のエネルギー収支を「大気上端」でのエネルギーの出入りで考えると、 収入は太陽放射のうち地球 (大気をふくむ) が吸収するぶん、 支出は地球放射 (地球上の物体 (大気をふくむ) が出す熱放射) のうち宇宙空間に出ていくぶんである。 この出入りする放射エネルギーの流れの量は、人工衛星によって、1978年から観測されている。 現在の主要なセンサーは、CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System) とよばれるものであり、 NASA の Terra, Aqua と NOAA 20号にのせられたものをつないで、2000年 3月から最近まで観測がつづけられている。
(なお、CERES が最初にのせられた衛星は TRMM 衛星だった。TRMM の降水観測は 17年間つづいたが、 TRMM の CERES は 1998年の数か月間だけでとまってしまい、Terra と時期がかさならなかったので 校正が確実にできなかったこともあって、そのデータはあまりつかわれていない。)
【Ceres はもともとローマ神話の女神 (ギリシャの (Keres ではなく) Demeter に対応するとされる) の名まえであり、小惑星の名まえ(「ケレス」) にもなっている。 わたしはふだん「セレス」と読んでいるが、英語での発音は「スィアリーズ」のようなものらしい。 千葉大学 CEReS (Center for Environmental Remote Sensing) も同じものを想定したにちがいない 頭文字略語だが、直接の関係はない。】
CERES のウェブサイトはここである。https://ceres.larc.nasa.gov/
その下に「Data Products」のページがある。https://ceres.larc.nasa.gov/data/
ここからオンラインでデータを取得することができるが、ユーザー登録が必要である。 ユーザー登録してログインし、メニューでファイルを指定すると、 そのファイルがサーバーに置かれてメールで連絡がくる。 そのメールに書いてある URL で HTTPダウンロードできる。
「Data Products」のうち、「Synoptic TOA and surface fluxes and clouds (SYN)」の中の 「SYN1deg - Level 3」を選択して、「Order Data」ボタンをおすと、つぎのページになる。
CERES_SYN1deg_Ed4.2 Subsetting and Browsing https://ceres-tool.larc.nasa.gov/ord-tool/jsp/SYN1degEd42Selection.jsp
このページの大分類「Observed TOA Fluxes」のうち、 中分類「Observed TOA Fluxes」、「Observed Cloud Parameters」、「Number of Observations」と 「Surface Data」にチェックをいれた。 (「Initial TOA and Surface Fluxes and Meteorological Parameters」、 「Number of Computations」、「Adjusted TOA, Surface, and Profile Fluxes」は選択しなかった。)
「Temporal resolution」は「Monthly」、 「Spatial resolution」は「Regional (1 deg. x 1 deg. global grid)」、 「Satellite」は「Terra+Aqua/NOAA20 (3/2000 - 12/2025)」、 「Time Range」は「03-2000 to 12-2025」を指定して、order した。
その結果、 「CERES_SYN1deg-Month_Terra-Aqua-NOAA20_Ed4.2_Subset_YYYYMM-YYYYMM.nc」 (YYYYMM のところは 年を4けた、月を2けたの数字) のようなファイル名の netCDF 形式のファイル 5個をダウンロードできた。 ファイル容量は 1.8 GB が 4個、0.8 GB が1個である。
(hamana の 作業ディレクトリ /raid/ceres/obs_monthly/ に置いた。 niigata にはいまのところ置いていない。)
ダウンロードされたファイルを、ncview および ncdump で見て、netCDF の変数名などを確認した。
このデータセットの netCDF ファイルでは、格子の緯度の値は lat、経度の値は lon、 日付・時刻は time という配列変数に収録されている。 まず、データが適切に読めているかの確認のため、 データ選択メニュー上の「Observed TOA Fluxes」のうちの変数名「Longwave Flux」、netCDF 変数名「toa_lw_all_mon」となっている 変数の 1か月ごとの値をとりだし、全世界の正距円筒図法 (PlateCarree) の地図上に 等値線段彩 (contourf) で表示してみた。
netCDF ファイルから読みだした1つの変数の1つの時点 (ここでは1か月) の値 (360×180 格子点の浮動小数点数の配列) を単純バイナリ形式でファイルに書き出すことを、 データのあるかぎりの年・月についてつづけておこなうプログラムをつくり、実行した。 結果は /raid/ceres/binmon/ に置いた。 ファイル名は「作業用変数略号」のあとに YYYYMM の形の6けた数字で年・月、 そのあとに「.r4l」(最後の字は小文字のエル) とした。 「r4l」は「浮動小数点型 4バイト、下位ビット先行」のバイナリデータをあらわす増田の個人的符丁である。
| jvar | 増田の作業用変数略号 | netCDF 変数名 | LARCのデータ選択メニュー上の変数名 | 増田の図の表題での表現 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | nsr | toa_sw_all_mon | Shortwave Flux | Reflected SW rad. |
| 1 | olr | toa_lw_all_mon | Longwave Flux | Outgoing LW rad. |
| 2 | rnet | toa_net_all_mon | Net Flux | Net radiation |
| 3 | alb | toa_alb_all_mon | Albedo | Planetary albedo |
| 4 | isr | toa_solar_all_mon | Solar Insolation Flux | Incoming SW rad. |
(nsrは、内容をみると上向き太陽放射 (地球による反射) にちがいないので、 略号は osr のほうがよかったと思うが、 内容がよくわからなかったときに仮につけた略号 nsr が残っている。)
1月から12月までのそれぞれの月について、データのあるかぎりのすべての年の月値を平均し、 (気象の平年値の規定にはあわないが、便宜上) 「気候値」 (climatolgical values) とよぶことにした。 1-2月は25年ぶん、3-12月は26年ぶんの平均である。 2月の日数のちがいは考慮せず全部の年の2月に同じおもみをあたえた。 気候値の月値データは年ごとの月値と同じ形式の単純バイナリデータファイルとし、 ファイル名は YYYY のところに「clim」がはいるようにした。
「気候値」の月値を、全世界の正距円筒図法 (PlateCarree) の地図上に 等値線段彩 (contourf) で表示してみた。
ひとつの変数について、「気候値」の12個の月値をつづけて読み、 東西全経度平均して、月と緯度の2次元配列データをつくり、 横軸に月、縦軸に緯度をとって等値線段彩表示で作図した。
また、入射太陽放射 (isr) と 出ていく太陽放射 (nsr) の差として 地球が吸収する太陽放射 (asr, Absorbed SW rad.) を計算して作図した。
なお、太陽放射反射率 (alb, Planetary albedo) は、 太陽放射がない月・緯度には 0 がはいっているようで、 そのまま等値線をかくとよけいな線がひかれるので、 isr を読んでその値が 0 のところは alb を欠損 (np.nan) に変えてから作図するようにした。 結果は欠損のところが白ぬきになる。
結果の図は [「大気上端」での放射収支の緯度・季節分布 新版 (CERES)] のページにある。