EarthCARE
雲・エアロゾル・放射を同じ軌道で測る

雲の厚みと動きを測る

従来の衛星画像は、雲頂の模様を広く見るのは得意だった。しかし気候モデルに必要なのは、雲の中がどの高さでどれだけ濃く、粒子が上下にどう動いているかである。JAXAとNICTのCPRは、Wバンドの電波で雲の内部構造と鉛直速度を測る。

エアロゾルと放射をつなぐ

ATLIDはレーザーで薄いエアロゾル層を測り、MSIは周囲の雲場を画像として補う。BBRは大気上端の広帯域放射を測る。4機器を同時に使うことで、粒子、雲、放射の因果関係をひとつの観測列にまとめる。

予報モデルへ戻す衛星

EarthCAREの成果は、美しい画像よりも数値モデルの改善に効く。雲の鉛直速度や放射収支を観測で縛ることで、将来気候予測の幅を小さくすることが狙いである。

雲を横から切る

通常の衛星画像は、雲の上面を見下ろす視点になりやすい。EarthCAREはレーダとライダーで雲の縦断面を作り、雲底、雲頂、薄いエアロゾル層、降水に近い粒子の分布を同じ軌道上で重ねる。気候モデルが欲しいのは、白い雲の模様ではなく、どの高度にどんな粒子がどれだけあるかという内部構造である。

冷やす雲と温める雲を分ける

低い厚い雲は太陽光を強く反射して地表を冷やしやすく、高い薄い雲は地球から逃げる赤外放射を閉じ込めやすい。EarthCAREは雲とエアロゾルを放射計の測定と結びつけ、雲がその場で地球を冷やしているのか、温めているのかを観測から判断する材料を作る。

EarthCAREは「同じ雲を4つの物差しで同時に測る」ための衛星である。レーダ、ライダー、イメージャ、放射計を別々の衛星に分けると、雲は時間差で変わってしまう。同じ軌道上で重ねることで、雲粒子と放射の関係を直接モデルへ渡せる形にした。

低めの軌道で縦に細かく見る

EarthCAREは高度約393 kmという比較的低い太陽同期軌道から観測する。地球に近いぶん、レーダやライダーの鉛直分解能と信号を確保しやすい。一方で大気抵抗や運用寿命との兼ね合いがあり、気候衛星としては大胆な設計判断でもある。

欧州と日本の得意分野を合わせる

ESAは衛星全体とATLID、MSI、BBRを担当し、日本側はCPRという中核の能動センサを支える。雲の高さを測る欧州のライダーと、日本の雲レーダが同じ軌道で重なることで、単独機器では届かない気候観測になる。

四つの観測を幾何でそろえる

EarthCAREの設計で難しいのは、機器を載せる数より、観測点をそろえることだった。CPRとATLIDは直下方向を縦に切り、MSIはその周囲の水平分布を広げ、BBRは同じ場の太陽短波・地球長波の放射を測る。AMTのミッション総説では、雲・エアロゾル・降水の場を10 km × 10 kmのシーンとして復元し、大気上端の放射を10 W m-2程度の精度で再構成する要求が示されている。

CPRは日本側の中核技術

CPRは94 GHzのWバンド雲レーダで、衛星搭載の雲レーダとしてドップラー速度を測れる点が特徴である。雲の反射強度だけならCloudSatの系譜があるが、EarthCAREでは粒子の落下や上昇流に関係する鉛直速度を読むことで、雲がどのように成長し、降水へつながるかをより直接に扱う。JAXAとNICTが担当したこのレーダがあるため、EarthCAREは「雲の断面写真」から「雲の動きの観測」へ踏み込める。

地上処理まで含めた設計

衛星上で得たL1データは、そのまま気候モデルへ入るわけではない。欧州・日本・カナダの処理系が、CPR、ATLID、MSI、BBRの観測を組み合わせ、雲分類、エアロゾル分類、降水、放射フラックス、加熱率などのL2プロダクトへ変換する。つまりEarthCAREは、機体だけで完結する衛星ではなく、軌道上の観測と地上アルゴリズムを一つの観測システムとして設計したミッションである。