衛星温度測定

衛星温度測定は、衛星による放射測定から得られた、さまざまな高度の大気温度や海面温度、地表温度の推定値です。これらの測定は、気象前線の位置の特定、エルニーニョ南方振動の監視、熱帯低気圧の強さの判定、都市ヒートアイランドの研究、地球規模の気候の監視に使用できます。山火事、火山、産業ホットスポットも、気象衛星からの熱画像から見つけることができます。

気象衛星は温度を直接測定するのではなく、さまざまな波長帯の放射輝度を測定します。1978 年以来、米国海洋大気庁の極軌道衛星に搭載されたマイクロ波探知ユニット (MSU) は、大気の広い垂直層の温度に関連する、大気中の酸素からの湧昇マイクロ波放射の強度を測定しています。海面温度に関連する赤外線放射の測定値は、1967 年以来収集されています。

衛星データによると、過去 40 年間で対流圏は温暖化し、成層圏は寒冷化しています。この両方の傾向は、大気中の温室効果ガス濃度の上昇の影響と一致しています。

衛星はさまざまな波長帯の放射輝度を測定しますが、それを数学的に逆変換して間接的に温度を推定する必要があります。^{[1] [2]}結果として得られる温度プロファイルは、放射輝度から温度を取得するために使用される方法の詳細によって異なります。その結果、衛星データを分析したさまざまなグループが、異なる温度データセットを作成しました。

衛星の時系列は均一ではありません。類似しているが同一ではないセンサーを搭載した一連の衛星から構成されています。センサーも時間の経過とともに劣化し、軌道のドリフトと減衰に対する補正が必要です。^{[3] [4] [5]}再構築された温度系列間の特に大きな違いは、連続する衛星間の時間的な重複がほとんどない数少ない時点で発生し、相互較正を困難にします。^{[要出典] [6]}

赤外線放射は、表面の温度（大気が透明な「窓」の波長を使用）と大気の温度（大気が透明でない波長を使用するか、赤外線ウィンドウで雲頂温度を測定）の両方を測定するために使用できます。

熱赤外線の測定によって地表温度を取得するために使用される衛星は、一般的に雲のない条件を必要とします。そのような機器には、高性能超高解像度放射計（AVHRR）、軌道上走査放射計（AASTR）、可視赤外線イメージング放射計スイート（VIIRS）、大気赤外線サウンダ（AIRS）、およびカナダのSCISAT-1衛星に搭載されたACEフーリエ変換分光計（ACE-FTS）などがあります。^[9]

気象衛星は1967年から海面水温（SST）情報を推測するために利用されており、最初の地球規模の合成画像は1970年に作成されました。^[10] 1982年以降、^[11] 衛星はSSTの測定にますます利用されるようになり、その空間的および時間的変動をより完全に観察できるようになりました。たとえば、衛星で監視されたSSTの変化は、 1970年代からエルニーニョ南方振動の進行を記録するために使用されています。 ^[12]

陸上では、地表の不均一性のため、放射輝度から温度を取得することはより困難である。^[13]都市ヒートアイランド効果については、衛星画像を介して研究が行われてきた。 ^[14]フラクタル技術を使用して、Weng、Q。らは、都市ヒートアイランドの空間パターンを特徴付けた。^[15]雲がない場合、高度な超高解像度の赤外線衛星画像を使用すると、地表レベルの寒冷前線などの密度の不連続（気象前線）を検出できます。^[16] Dvorak技術を使用すると、赤外線衛星画像を使用して、成熟した熱帯低気圧の中心の濃い雲の中心と雲頂の温度差を決定し、最大持続風速と最小中心気圧を推定できます。^[17]

気象衛星に搭載された軌道走査放射計は、夜間に308 K（35 °C; 95 °F）を超える温度のピクセルとして現れる山火事を検出することができます。^[18]テラ衛星に搭載された中解像度イメージング分光放射計は、山火事、火山、産業ホットスポットに関連する熱ホットスポットを検出できます。^[19]

2002年に打ち上げられたアクア衛星に搭載された大気赤外線サウンダは、赤外線検出法を用いて地表付近の温度を測定します。^[20]

成層圏の温度測定は、3チャンネルの赤外線（IR）放射計である成層圏サウンディングユニット（SSU）機器によって行われます。^[21]これは二酸化炭素からの赤外線放射を測定するため、大気の不透明度が高く、したがって温度はマイクロ波測定よりも高い高度（成層圏）で測定されます。

1979年以来、NOAA運用衛星に搭載された成層圏観測装置（SSU）は、下層成層圏の上空の全球成層圏温度データを提供してきました。SSUは、圧力変調技術を採用した遠赤外線分光計で、15μmの二酸化炭素吸収帯の3つのチャネルで測定を行います。3つのチャネルは同じ周波数を使用しますが、二酸化炭素セル圧力が異なり、対応する重み関数は、チャネル1では29km、チャネル2では37km、チャネル3では45kmでピークになります。^{[22] [説明が必要]}

SSU 測定から傾向を導き出すプロセスは、衛星のドリフト、重複がほとんどない異なる衛星間の相互較正、機器の二酸化炭素圧力セルのガス漏れのために特に困難であることが判明しています。さらに、SSU によって測定される放射輝度は二酸化炭素の放出によるものであるため、成層圏の二酸化炭素濃度が増加すると、重み付け関数はより高い高度に移動します。中層から上層成層圏の温度は、エルチチョンとピナツボ山の爆発的な火山噴火後の一時的な火山性温暖化によって点在する強い負の傾向を示しており、1995 年以降、温度傾向はほとんど観測されていません。最大の冷却は、温室効果ガス濃度の増加によるブリューワー・ドブソン循環の強化と一致して、熱帯成層圏で発生しました。 ^{[23] [非一次ソースが必要]}

下層成層圏の寒冷化は主にオゾン層の破壊の影響によるもので、成層圏の水蒸気と温室効果ガスの増加も一因となっている可能性がある。 ^{[24] [25]}成層圏の温度は低下しているが、火山噴火に関連した温暖化も散発的に起こっている。地球温暖化理論によれば、成層圏は冷え、対流圏は温暖化するはずである。^[26]

下部成層圏の長期的な寒冷化は、エルチチョン火山とピナツボ火山の爆発的な噴火に関連した一時的な温暖化の後に、2段階の温度低下で発生しました。この地球全体の成層圏温度の変動は、火山噴火後の2年間における地球全体のオゾン濃度の変動に起因すると考えられています。^[27]

1996年以降、オゾン層の回復と0.1K/10年の寒冷化傾向が相まって、わずかにプラスの傾向を示しています^[28]。これは温室効果ガスの増加による影響と予測されるものと一致しています^{[27] 。}

下の表は、3 つの異なるバンドにおける SSU 測定による成層圏温度の傾向を示しており、負の傾向は冷却を示しています。

1979年から2005年までマイクロ波探査ユニット（MSU）が、また1998年からはNOAA極軌道気象衛星に搭載された先進マイクロ波探査ユニットが、大気中の酸素からの湧昇マイクロ波放射の強度を測定してきた。その強度は大気の広い垂直層の温度に比例する。湧昇放射は異なる周波数で測定され、これらの異なる周波数帯は大気の異なる重み付け範囲をサンプリングする。^[30]

図 3 (右) は、衛星測定から異なる波長の再構築によってサンプリングされた大気レベルを示しています。TLS、TTS、および TTT は 3 つの異なる波長を表します。

オーラ宇宙船では、天底を狙うのではなく水平方向にマイクロ波放射を測定するマイクロ波リムサウンダという異なる技術が使用されている。 ^[9]

温度測定はGPS電波掩蔽法によっても行われる。^[31]この技術はGPS衛星から送信された電波が地球の大気中を伝播する際の屈折を測定するもので、これにより垂直方向の温度と湿度のプロファイルを測定することができる。

惑星科学ミッションでは、赤外線技術（固体表面を持つ惑星の周回およびフライバイミッションで一般的）とマイクロ波技術（大気を持つ惑星でより頻繁に使用される）の両方を使用して、太陽系の他の惑星と衛星の温度測定も行います。惑星ミッションで使用される赤外線温度測定機器には、マーズ・グローバル・サーベイヤーの熱放射分光計（TES）機器による表面温度測定、およびルナ・リコネッサンス・オービターのディバイナー機器による大気温度測定があります。 ^{[32] NASA}カッシーニ宇宙船の複合赤外線分光計機器による大気温度測定。^[33]

マイクロ波による大気温度測定機器には、木星探査機ジュノーに搭載されたマイクロ波放射計が含まれます。

• 大気の響き
• 計測温度記録
• 海面温度
• 気温記録
• 放射される長波放射

• 地上、気球、衛星の記録を比較したグラフ（2007 年アーカイブ）
• 下層大気の気温傾向: 相違点を理解し調整するための手順 CCSP 統合および評価製品 1.1
• マイクロ波が大気について教えてくれること
• 地球全体の平均気温