気象衛星：風、霜、雨、雪を予測

衛星にはさまざまな種類があり、その中には私たちが日常的に利用しているものもあり、気象衛星もそのひとつです。今や人類は天気予報とともに生きることに慣れてしまった。気象衛星がなければ、私たちの日常生活は大きな困難に直面するでしょう。

気象衛星は理論上は地球観測衛星ですが、主な観測対象は地上ではなく薄い大気です。風、霜、雨、雪など、人間が直面する主な気象現象はすべて大気中に存在します。大気の温度や雲の水分量などのパラメータの変化を観測することで、大気の活動を完全に理解することができます。短期的な天気予報だけでなく、地球全体の大気の動きのパターンをまとめることも可能で、中長期の天気予報や地球規模の気候変動研究の重要な基礎となります。

気象衛星ABC

具体的には、気象衛星は、衛星雲画像の撮影、雲内部のパラメータの研究、陸地や海洋の表面状況の検出、大気中の水分量や降水量の検出、大気中のオゾン量や分布の検出、地球への太陽放射や宇宙への地球赤外線放射の影響の検出、宇宙環境の検出などを主な役割としています。

気象衛星を軌道によって区別すると、一般的に極軌道気象衛星と静止軌道気象衛星の2種類があります。静止衛星は当然ながら静止軌道上に配備されます。主な利点は、時間解像度は高いが空間解像度は比較的低いものの、地球表面の約 1/3 を継続的に観測できることです。もう 1 つは極軌道気象衛星で、太陽同期軌道で運用されます。つまり、軌道傾斜角は 97 度から 98 度の間、高度は一般に 700 キロメートルから 800 キロメートルの間です。このタイプの衛星の空間解像度は比較的高いですが、時間解像度は若干低くなります。同じ場所を再度観察するには数日かかる場合があります。したがって、国際的な天気予報では、これら 2 種類の衛星が連携して機能します。

気象衛星のペイロードにはさまざまな種類がありますが、大きく分けて、画像リモートセンサーと大気プローブの2種類に分けられます。イメージングリモートセンサーには、スキャン型放射計、中解像度イメージング分光計、マイクロ波イメージング装置の 3 つの主な形式があります。大気検出器には、主に赤外線分光計、マイクロ波温度計、マイクロ波湿度計が含まれます。天気予報でよく見かける衛星の雲画像は、主に走査型放射計で撮影されています。

航法衛星の応用の過程で、人々はもう一つの興味深い事実を発見しました。それは、航法衛星信号の大気中での伝送も、大気の水分含有量などの大気の状態に直接関係しているということです。航行信号の変化を検出することで、その地域の大気の状態を感知することができます。そのため、低軌道衛星群を使用して全球GPS信号や北斗航法衛星信号の変化を監視し、正確な天気予報データを作成する新しいタイプの気象衛星が登場しました。

中国の気象衛星の台頭

気象衛星の分野では、中国が急速な成長を遂げている。 1980年代以前、中国は気象衛星の分野では空白状態にあった。中国は1980年代半ば以来、気象衛星の開発に積極的に投資してきました。 1988年9月7日、中国は初の気象衛星である太陽同期軌道気象衛星「風雲1号」を打ち上げました。第一世代の風雲1号衛星は計2機打ち上げられたが、当時の中国は気象衛星の経験が不十分だったため、運用開始から間もなく2機とも機能が失われた。

1988年9月7日の風雲1Aの最初のカラー合成画像

静止気象衛星「風雲2号」の開発中、初号機の打ち上げ前に事故が発生し、衛星が損傷した。しかし、諺にあるように、風と雨がなければ虹は現れません。 20年以上の努力を経て、中国の気象衛星産業は大きな進歩を遂げました。現在、宇宙では、主な観測タスクは新世代の風雲3号と風雲4号の気象衛星によって実行されています。 2022年7月までに、中国は静止軌道衛星4基と太陽同期軌道衛星3基を含む合計7基の気象衛星を軌道上に配備することになる。風雲3E号は、夜明けから夕暮れまでの軌道という非常に特殊な軌道で運行されます。地球の境界線に沿って飛行し、毎回同じ場所を飛行するのは現地時間の午前6時頃で、夕暮れ時には地球の反対側に到着します。風雲3Eは世界初の夜明けから夕暮れまでの軌道を周回する衛星です。この衛星は風雲3C、風雲3Dとネットワークを組んで運用されており、中国は朝、昼、夜明けと夕暮れの3つの軌道で気象衛星を同時にネットワーク化し観測できる世界で唯一の国となっている。

中国国家気象局によると、「現在、我が国の風雲気象衛星は、同様の国際衛星の先進レベルに達しており、世界気象機関の国際気象運用衛星リストに登録され、地球統合地球観測システムの重要なメンバーとなっている。また、国際災害憲章メカニズムの当番衛星でもあり、世界80以上の国と地域、中国国内2,500人以上のユーザーに衛星データと製品を提供している。我が国の風雲シリーズの気象衛星は、米国（日本）の気象衛星、欧州の気象衛星と三つ巴の競争をしており、東半球の天気予報は主に我が国の気象衛星が提供する関連データに依存している」という。

2018年、国際気象衛星機関は、インド洋とアフリカ大陸の衛星観測の空白を埋めるために、中国衛星気象局に風雲2H衛星をインド洋上の東経79度に移動するよう要請する主導権を握りました。現在もFengyun-2Hはそこで運用されています。

中国はまた、航法衛星の信号を利用して気象を検知する衛星、すなわち「風風1号A/B」も開発している。このタイプの衛星は、海面から反射された航法衛星信号を検出することができます。海の波は主に海風によって発生します。海の波の変化は必然的に反射される航行信号の変化を引き起こします。そして、逆解析により、風の強さや風向など海風に関する具体的なデータを得ることができます。複数の衛星ネットワークが実現できれば、台風の異常気象の正確な予測が可能になります。

気象衛星のその他の用途

気象衛星は天気を観測できるだけでなく、計画外の作業を実行するためにも使用できます。 1990年代後半、中国のリモートセンシング部門は気象衛星データを活用して世界中の積雪状況を観測し、良好な結果を得た。

風雲4号衛星の概略図

中国の気象衛星アプリケーションにおけるもう一つの非常に重要な革新は、作物の収穫量の推定です。気象衛星は気象状況を観測できるだけでなく、広範囲にわたる地上の植生の成長も観測できます。農業、気象、水文学、地質学などの複数の分野からの情報を統合することで、特定の農業地域がその年にどれだけの穀物や換金作物を生産できるかを予測することができ、関係する国家部門や大規模農業企業に意思決定の根拠を提供します。この研究は21世紀初頭に始まり、中国で広く行われ、重要な成果を上げています。現在、気象衛星を利用して農作物の収穫量を予測することは、農業管理部門の日常業務となっており、中国国民の食糧と野菜の供給を確保する上で非常に重要な役割を果たしている。 （著者：Chi Huo）