大気中に含まれる水は、地球全体の水のわずか0.001%程度にしかすぎません。しかし、これらは水蒸気、雲、雨、雪など様々な形で存在し、潜熱の吸収・放出を通じて活発な大気現象の原動力となっています。水蒸気は大規模な水循環の担い手であるとともに、地球上で最大の温室効果を持つ気体であり、現在の気温を決める上で重要な役割を果たしています。雲は太陽放射を反射する一方で地球からの赤外放射をよく吸収するため、その白さや高さによって冷却と温室効果の両方を持ち合わせています。降水は地球表面へ水を還元する役割を持ち、水収支の算定に不可欠であるとともに、潜熱放出による大気へのエネルギー供給源としても重要です。AMSR2は水蒸気量、雲水量、降水量などの全球観測を行い、これらの現象の定量化に貢献します。

気候変動による降水現象の変動は、水資源や風水害の面で直接的に人間活動に影響を与えるため、実用面でも不可欠な情報となっています。また、マイクロ波帯で観測される輝度温度は、これらの大気物理量に良好な感度を有しているため、すでに気象数値予報モデルに同化され、日々の天気予報に用いられています。

海洋の観測は、船舶やブイによる限られた観測を除けば、衛星に頼るしかありません。衛星によって、広い範囲での海面水温の分布をいち早く知ることができるのです。

衛星による海面水温の観測は、静止気象衛星やAVHRRのような光学センサによるものが、歴史も長く、主流ですが、光学センサには、海面の上空に雲があるとその下の水温を測ることができないという欠点がありました。AMSR2やAMSR-Eのようなマイクロ波放射計は、空間分解能は光学センサに劣るものの、雲があってもその下の海面の水温を測ることが可能であるという大きな利点を持っています。

衛星は海の表層部分しか観測することができませんが、大気と海洋は海の表層を通じて相互作用し、変動しています。これらの変動は、ときには、エルニーニョのように、熱帯太平洋全体の水温場が変化し、大気循環場を変え、さらには遠く離れた地域で異常気象を引き起こすこともあります。

スペイン語で「男の子(神の子)」すなわちキリストを意味するエルニーニョは、本来はペルー沖に南から暖かい海流が入り込んでくるローカルな現象を指す言葉でした。現在では、もっと広い熱帯太平洋全域にわたる、大気・海洋変動を示す言葉となりました。赤道に沿って吹く貿易風(東風)が弱まることで、ペルー沿岸での冷たい水の湧昇が弱まり、普段は温度の低い中・東部赤道太平洋で海面水温が平年よりも上昇します(図中段・下段)。このため、強い対流が起こる場所が変わって、大気の循環場を大きく変え、世界中で異常気象が起こります。他方、「女の子」を意味するラニーニャはエルニーニョとは反対の現象で、赤道の東風が強まって、中・東部赤道太平洋の海面水温が平年よりも下がるため、大気循環場にも影響を与えます。エルニーニョほどではありませんが、ラニーニャも異常気象を起こすことで知られています。

AMSR2は、大気側から見た境界条件である海面水温(海洋の熱源)と、海洋側から見た境界条件である海上風速(大気の運動の強さ)を、AMSR2は観測します。

陸域における水循環は時間的にも空間的にも変動性が大きく、その結果、洪水や渇水のように人間社会に大きな被害を与えています。水循環システムを理解し予測精度を向上させるためには、水循環の個々の構成要素を水量と熱のフローの観点から定量的に、しかも、時間・空間的に連続的に把握することが不可欠です。AMSR2では、土壌水分や積雪のモニタリングを通じて水循環システムの理解と予測精度の向上に貢献します。

北極の海をおおう海氷は、2007年9月に過去に例のない速度で減少を続け、観測史上最小面積の記録を更新しました。また、カナダ北部のいくつもの島が浮かぶ多島海の海氷まで消失してしまい、太平洋−大西洋を結ぶ北極海の航路が長く開きました。その後2008年、2009年は、2007年と比較し9月の海氷面積は広がってきました。海氷は、温度上昇の影響を受けやすいと考えられ、継続的に観測していくことが重要です。