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GNSS気象学

はじめに  

 GPS (GNSS) 測量において,大気によるGPSマイクロ波の遅延(電離層遅延に対し,中性大気による大気遅延)は大きな誤差源である.しかしながら,GPS解析において大気遅延を精度良く設定できれば,その情報を気象学に利用できる.  現在,GPS解析で推定される大気遅延は,その気圧に依存する成分を取り除き水蒸気に起因する遅延量に変換された後「可降水量」に変換され,日本をはじめ,世界の主要な気象研究機関で,数値予報の初期場の作成に利用され,降水の予報精度向上に寄与している.

 

 上にGPS (GLONASS や QZSS も利用可能)で得られる可降水量の概念図を示す.気象学における可降水量は.地表面から大気上端までの底面積 1m2の大気柱に含まれる水蒸気の総質量であるが,GPS解析で得られる可降水量は,ある仰角(cut-off angle)以上にある衛星方向の遅延量を天頂方向にマッピング関数で変換したときの逆三角錐中の水蒸気の平均値に相当する.  「GPSによる大気の観測,GPS可降水量の監視手法と事例」で紹介したように,GPS解析により大気遅延が得られる.この大気遅延(天頂方向の天頂大気遅延,GPS衛星方向の視線大気遅延,そしてそれらの水蒸気変換値である可降水量と視線積算水蒸気量)を気象学に利用する手法を開発する学問を地上型GPS気象学と呼ぶ.また,低軌道衛星(LEO; Low earth orbit)による掩蔽観測データを利用する手法を開発する学問を宇宙型GPS気象学とよぶ.両者を合わせて,一般に,GPS気象学と呼ばれる.

 

 上の図は RTnet により国土地理院全国GPS観測網のGPSデータをリアルタイムで解析・変換した日本列島のGPS可降水量である.ここで,解析は約1,200点のGPSデータ取得後数秒遅れ,変換は1〜2分遅れで行われる.よって,ほぼ一般の気象測器データをダウンロードする遅延程度で,GPS可降水量が得られることになる.  このデータは,数値予報への入力値(データ同化)として用いられている他,そのリアルタイムの特性を利用した降水ナウキャストの指標として利用する手法の開発が行われている.GPS気象学の研究成果で最も気象学に貢献したのは,このような天気予報への可降水量の利用である.