GMSは「静止気象衛星」を意味する英語Geostationary Meteorological Satelliteの略語で、 特に、日本の気象庁が運用していた静止気象衛星「ひまわり」1号から5号までをさします。 現在運用中の「ひまわり6号」は、正式には「運輸多目的衛星」といい、 英語の略語はMTSATです。 なお、MTSATが運用開始する前しばらく、日本の気象庁は アメリカ合衆国のGOES 9号というGMSと同類の衛星を借りて運用していました。
ここに紹介するデータは、GMS 5号によるデータのうち、 東京大学生産技術研究所で受信され、 高知大学理学部の菊地時夫先生が編集したものです。 画像データには、 画面に表示して目で見るのに適した処理をしたもの(たとえばjpeg形式)もありますが、 数値データとして使うものも、2次元の空間分布に対応しているデータは 画像データということがあります(ラスター[raster]データともいいます)。 実習で使う画像ファイルは数値データとして利用できるものです。
【目で見るための画像データの例として、 1992年の1年ぶんのGMS全球画像のアニメーションを含むVHSビデオ (パイオニアLDC「地球のきもち--気象学入門編」) をメディアセンターの指定資料のところにあずけておきます [読書ノート参照]。】
高知大学のアーカイブのGAMEプロジェクト用のディジタル画像ファイルのうち、
別の実習用に選択した、
TRMMのレーダーの走査範囲にNong Khai, Ubon, Bangkokのいずれかが
はいっている日時のものが
/pub/sfc/earthobs/data/gms/game/
の下のIR1, IR2, IR3, VISの各ディレクトリに入っています。
(Chiang Maiについても用意したいと思っていますが、まだしていません。)
画像の範囲は北緯70度から南緯20度、東経70度から東経160度、
空間分解能は緯度経度(1/20)度になっています。
ファイルの形式は、PGM (portable graymap)のバイナリ形式のものを
gzipで圧縮したものです。
ただし、ディスク容量に限りがあるので、これは消す可能性があります。
いくつかのプログラム、たとえばImageMagickに含まれるdisplayコマンドでは、
gzip圧縮したまま(ファイル名は*.pgm.gzの形)のままでも画像表示できます。
GMS5号では、IR1, IR2, IR3の3つの赤外バンド
(それぞれ、10.5--11.5, 11.5--12.5, 6.5--7.0 μmの波長帯)と、
1つの可視バンドで観測しています。
このデータのうち、IR1とIR2の2バンドを
インドシナ半島付近の北緯8-32度、東経93-110度を切り出し、
テキストファイルにしたものが
/pub/sfc/earthobs/data/gms/game/xyv/
に入れてあります。実習ではこちらを使います。
各画素は、0から255までの整数値で表現されていますが、 較正表(CALディレクトリにある)を使うと、 赤外画像の場合は、相当黒体温度(輝度温度ともいう、単位: K)が得られます。
【なお、今回の実習では省略した可視画像(VIS)の場合は、 「アルベド」と呼ばれるものが得られますが、 これはセンサーの対象とする波長帯の反射の輝度を、 太陽放射が真上から来たと仮定した場合の入射放射輝度を1とした 相対値で示したものです。 エネルギー収支のほうでいうアルベド(太陽放射エネルギーフラックス のうち反射される部分の割合)そのものではなく、 それに太陽天頂角のコサインをかけたものにほぼ対応します。】
/pub/sfc/earthobs/example/gms/map/
の下に、このデータを読んで、
輝度温度によって色分けした地図を
GMTで作図する例文が用意してあります。
手順は次のようになります。
例は、5月31日世界時 3時の赤外2番バンドのデータを、
カラーで作図する場合です。
実際にどの日時のデータがあるかは、上に述べたxyvの
ディレクトリのファイル名を見てください。
grdir.cshとmapir.cshはGMTのプログラムを使っているので、
機種依存部分の対策(sourceで始まる行の変更)
[別ページ参照]が必要です。
また、mapir.cshを使うには、
数値と色の関係を示した「cpt」(color palette)ファイル
(上記の例の場合はcolor.cpt)も
同じディレクトリにコピーしておく必要があります。
このファイルの内容を修正することにより、輝度温度と色の関係を変える
ことができます。
現在用意してある例文の色の使いかたは、
輝度温度の高いところを赤、低いところを青にし、
[別記事]
で指摘された問題をある程度考慮して、
緑の色相を使わず、中間は灰色にしたものです。
このほか、白黒の濃淡表示をするcptファイルを用意しました。
pos.cptは、(赤外の)輝度の高いところがそのまま明るく表示される
ようにしたもの、
neg.cptは逆にしたものです。
color.cptの代わりに使ってみてください。
気象衛星の赤外画像はneg.cptを使ったものと似た形で示されることが
多いです。(なぜか考えてみてください。)
【color.cptがこれまで意図したのと違う値になっていたことに
2006年12月2日授業のとき気づいたので修正しました。
目で見た印象はあまり変わらないと思いますが、
今後実行する場合は新しいものをコピーしてください。】
【注意: calibir.cshは、データが存在しない日時を指定すると、
意味がある動作をしないだけでなく、
(awkが)いつまでも待ってしまって終わらないようになっています。
よいプログラムでは、データの存在を確認し、なければないと表示して止まるように
するべきですが、例文は残念ながらそうなっていません。
当面、終わらない場合はcontrol-Cで止めて、
ls /pub/sfc/earthobs/data/gms/game/xyv/
で確認して確かにデータのある日時を指定してください。】
衛星が受ける赤外放射は、地表面、雲、大気(中の水蒸気や二酸化炭素など)
から出たものが混ざったものですが、
水蒸気の吸収の弱い波長帯で見た場合、雲があれば、
雲の頂上付近から出る放射が主となっています。
(雲がない場合は、ひとつの高さの対象に対応づけることはむずかしく、
地表面と対流圏下層の温度が混ざったようなものです。)
GMSのIR1, IR2の相当黒体温度をそれぞれ雲頂温度とみなし、
ラジオゾンデのデータから、高さによる温度の分布を知れば、
近似的に、雲の頂上の高さを知ることができます。
IR3は水蒸気の吸収の強い波長帯なので、その輝度は雲の高さよりも
大気中(対流圏中層)の水蒸気量の指標となります。
実習では、ゾンデの位置のGMSの相当黒体温度を読み取り、
その結果を
実習3で扱ったゾンデの温度の鉛直分布図と同様な図に書きこんでみることにします。
例文は、/pub/sfc/earthobs/example/sonde/sondegms/に
用意しました
(ゾンデデータの実習の例文の変形なので、sondeの下に置きました)。
GMS画像の時刻はTRMMに合わせたので、必ずしもゾンデと同じでは
ありません。そこで、ゾンデの温度の鉛直分布は前後の2時刻を表示することに
します。
例文の
ex7.cshは、ゾンデを2時刻表示するものです。
「csh ex7.csh nongkhai 98053106 98053112」のように、
プログラム名のあとに地点名と時刻を2つ指定します。
出力のファイル名には1つめの時刻だけがはいるので注意してください。
実習3のex2.cshと違い、記号(○)でなく折れ線の機能を
使い、気温を実線、露点温度を破線でかいています。
観測値が途中で欠けている場合は直線で結んでしまいます。
2つの時刻は色で区別しています。
ex8.cshはそれにGMSの2つの波長帯(IR1, IR2)の
相当黒体温度を縦線で重ねるものです。
実行の際に、ex7.cshと同様なゾンデに関する指定に加えて、
GMS画像の日時と、Kelvin単位での2つの温度(小数点があってもよい)を
「csh ex8.csh nongkhai 98053106 98053112 98053114 220 230 」
のように、地点名、ゾンデの日時2つ、衛星画像の日時、
IR1とIR2それぞれの輝度温度を指定します。
上の較正を実行して得られたファイルの、ゾンデ地点になるべく近い
緯度経度での輝度温度値を読んで、入れてみてください。
ゾンデは原則として00, 06, 12, 18時に観測していますが、
ときどき欠けています。あるかどうかは、
/pub/sfc/earthobs/data/gamet/sonde/original/{bangkok, nongkhai, ubon, chiangmai}
の下のファイル名を見て確認してください。
なお、xyvのファイルからゾンデ地点付近の緯度経度を抜き出す方法
の一例としては、次のようにawkを使うことができます。
たとえば、ゾンデ地点が北緯13.44度、東経102.36度だったとします。
[次の行はブラウザの画面におさまらないかもしれませんが横スクロールすれば
読めるでしょう]
awk '($2>=13.4)&&($2<=13.5)&&($1>=102.3)&&($1<=102.4)' 98053106IR2TBB.xyvで、緯度が13.4度から13.5度の間、経度が102.3度から102.4度の間の画素が 抜き出されます。
xyvファイルでは第1列が経度、第2列が緯度なの
で、それに合わせて$1, $2を使っています。
xyvのファイル名は実際に使う日付、波長帯のものに変えてください。