気候モデルで再現される雲が現実と合っていないという問題を解く鍵をにぎる雲とエアロゾルの相互作用の評価を目的とし、JAXAではEarthCARE衛星に搭載されるCloud Profiling Rader(CPR: 雲プロファイリングレーダ)の開発を、独立行政法人情報通信研究機構(NICT)とともに進めています。
このCPRは雲の鉛直構造を計測するセンサ(計測装置)で、宇宙空間を周回する衛星からレーダ電波を地球に向かって送信し、跳ね返ってくる電波を受信することにより、地球全体の雲の構造を詳細に解析することが可能になります。また、CPRでは世界で初めての試みとして、衛星からの雲の上昇・下降の速さを計測しようとしています。これはとてもチャレンジングな試みで、秒速約7キロメートルものスピードで動いている人工衛星から、秒速1メートル程度の雲の上下の動き(鉛直運動)を測ろうというものです。私たちが普段何気なく見ている雲は、大きさ数ミクロンから数十ミクロンの雲粒がたくさん集まっているものです。また、その分布も、地上付近から上空十数キロメートルの高度にわたっています。比較的低い高度に現れる水の粒の集合(水雲)ですが、高い高度には氷の粒から構成されていること(氷雲)が知られています。
JAXAとNICTは、そのような雲を観測するために、共同で雲プロファイリングレーダ(Cloud Profiling Radar:CPR)を開発しています。
CPRは、下図のように宇宙空間から地球に向かって電波を発射し、雲から散乱されて戻って来る電波(後方散乱)の強さや時間を測定することで、雲の垂直構造を観測します。アニメーションが再生されます
CPRは、約3mmという、一般的な降雨レーダと比較して10分の1程度の短い波長の電波を用います。また、厚い雲から薄い雲まで、様々な雲を高感度で観測するために、直径2.5mという、衛星搭載用のミリ波帯アンテナとしては世界最大級となるアンテナを搭載します。
"CPRの観測概念図"は、CPRによる観測の概要を表しています。
CPRは、図に示すように直下方向のみを観測します。鉛直方向(高さ方向)の分解能(識別できる範囲)は500m毎ですが、データは100m間隔で取得を行います。観測高度の上限は地域(緯度)に合わせて変えられるように設計されています(例えば、背の高い雲の多い熱帯地方では高度20kmまで観測しますが、背の高い雲のない高緯度地域では高度12kmまで観測します)。 地表面を観測する分解能(フットプリント)は800m以下です。実際の運用では、衛星の進行とともにパルス状の電波をつぎつぎと連射することで、衛星の進行方向に沿っておよそ500m間隔でデータを取得します。
CPRの外観
CPRには、雲の垂直構造を観測する以外にもう1つの大きな特徴があります。
それは、衛星搭載のレーダとしては初めてドップラー速度計測を行えることです。ドップラーレーダとは、いわゆるドップラー効果を用いて雲内の雲粒子の運動を捉えるものです。