受動型センサー

利用のしかた -- 気象衛星の場合を中心に

1. (おもに人による)雲のパタン認識(--->低気圧などの予報・警報)
2. (おもに自動による)雲のパタン追跡--->風ベクトルの推定
3. 電磁波(放射)のエネルギーフラックス密度の定量
4. 大気中の温度・水蒸気量などの物理量(の高さに対する分布)の定量
5. 地表面(海面・陸面)の温度などの物理量の定量
6. 雲に関する物理量の定量
7. 植生(葉緑素)の準定量的観測

いろいろなセンサーがある理由

センサーが情報を得るためには、 地球が放射または反射する電磁波のエネルギーがセンサーに届き、 それがセンサー自体あるいはそのまわりから生じるノイズに比べてはっきりしていなければならない。 センサーの視野角を細分したり、波長帯を細分したりすると、 エネルギーが少なくなるため、データの有効数字が少なくなる。 空間分解能、波長分解能、有効数字の間の優先順位は目的によって違う。

おもなセンサーの種類

アナログ画像センサー。

写真カメラやテレビカメラのたぐい。 初期、上記の(1)の目的に使われたが、今はほとんど使われていない。 (地図との位置合わせが必要であり、それにはディジタルのほうが便利なため)。

ディジタル画像センサー。 (空間分解能:高い、波長分解能:中程度、有効数字:比較的低い)

視野を空間的に細かく区分し、それぞれの電磁波の強さを観測する。 波長帯の数と、有効数字は、sounding型よりは少ない。 当初は(1)が目的であったと思われるが、(5)(6)(7)(3)などにも広く利用されている。 また静止衛星では(2)の機能も重要。

• NOAA衛星AVHRRセンサー
  太陽放射の波長帯に2つ(可視と近赤外)、 熱赤外(地球放射のうち大気の吸収の比較的少ない波長帯)に2つ、 太陽放射と地球放射の境目の波長帯に1つの合計5波長帯で観測。
• GMS, MTSAT (ひまわり)衛星のセンサー
  • GMS 1〜3号のVISSRは、太陽放射の波長帯に1つ(可視)、 熱赤外に1つの合計2波長帯。
  • GMS5号のS-VISSRは、熱赤外を2つに分けたほか、 (地球放射のうち)水蒸気の吸収の強い波長帯を追加し、合計4波長帯。
  • MTSATのImagerは、さらに中間赤外(3.7μm)波長帯を追加し、合計5波長帯。

可視では、雲の形や太陽光反射率がわかるが、夜は情報が得られない。 熱赤外では、雲はほとんど不透明なので、雲頂温度、したがって雲頂の高さがわかる。 なお、熱赤外のうちで相対的にやや透明な波長帯を組み合わせることにより、 雲の厚さに関する情報も得られる。 また、雲のない海上では、海面水温の情報が得られる。 水蒸気帯は、静止衛星で、雲のないところの風の推定に使われている。 近赤外は、植物の葉からの反射が強い波長帯であり、(可視との比較により) 植生のモニタリングや海岸線の位置の確認に使われている。

Sounding型センサー。 (空間分解能:中程度、波長分解能:やや高い、有効数字:高い)

波長帯の数を細かくとり、それぞれの電磁波の強さを有効数字を多くとる。 空間的区分は、画像型センサーよりもあらい。 おもに(4)の目的で使われる。
衛星に達する電磁波は、地表面からのもの(大気で吸収された残り)と いろいろな高さの大気(中の水蒸気その他の成分)からのもの (そこより上の大気層で吸収された残り)の合計である。 波長によって空気の電磁波吸収率・射出率が違うので、 多波長の電磁波を観測し、連立方程式をとくことにより、 大気のいくつかの層の温度と水蒸気量を求めることができる。 (Soundは英語の動詞で「さぐる」というような意味であり、 気象ではふつう温度などの変数の鉛直分布を観測することをいう。 ゾンデ(ドイツ語Sonde)とは同じ語源でもともと同じ意味である。)

Spectrometry (分光)型センサー。 (空間分解能:低い、波長分解能:非常に高い、有効数字:高い)

おもに(4)の目的で使われる。 波長帯をsounding型よりもさらに狭くとり、 特定の種類の分子の吸収または射出する波長の放射を検出することにより、 その分子を定量する。 原子の同位体を区別することもある。

放射収支センサー。(空間分解能:比較的低い、波長分解能:非常に低い、有効数字:高い)

上記(3)の目的のもの。 波長帯の幅を広く、どの波長に対しても感度を一定にする。 結果の例は[気候システム論: 地球全体としてのエネルギー収支 -- 太陽放射と地球放射]参照。