一般ユーザ向けバイアス補正済 FTS SWIR レベル 2 CO 2 プロダクト (V02.75) の公開について 2018/09/ /12/25 改訂 2019/02/28 更新 NIES GOSAT プロジェクト 1. はじめに NIES GOSAT プロジェクトでは JAXA から

- 1 -

一般ユーザ向けバイアス補正済 FTS SWIR レベル 2 CO

プロダクト（V02.75）の

公開について

NIES GOSAT プロジェクトでは、JAXA から提供された FTS レベル 1B プロダクト（以下、「FTS L1B データ」という）から FTS SWIR レベル 2 CO2プロダクト（以下、「SWIR L2 CO2プロダクト」とい う）を生成しています。FTS L1B データ（V201.202）を入力とした SWIR L2 CO2プロダクト（V02.72） は、2009 年 4 月 23 日から 2018 年 11 月 24 日までの観測期間を対象として一般ユーザ（GU： General User）へ公開しています。SWIR L2 CO2プロダクト（V02.72）の二酸化炭素のカラム量 （XCO2）について、全量炭素カラム観測ネットワーク（TCCON）で公開されている地上観測データ を用いて、バイアス補正処理した結果をバイアス補正済 FTS SWIR レベル 2 CO2プロダクト（以下、 「補正済 SWIR L2 CO2プロダクト」という）（V02.75）として GU へ公開します。2009 年 4 月 23 日か ら 2018 年 11 月 24 日までの観測期間が対象となります。 2. SWIR L2 CO2プロダクトと TCCON データとのマッチアップ 2009 年から 2016 年の SWIR L2 CO2プロダクトに格納されている各 FTS スキャンの観測時刻と 観測位置に対応する TCCON データを下記の条件により選定しました（本選定を「マッチアップ」と いいます）。 (1) FTS の観測域（陸域と海域）と観測ゲイン（H と M）に応じて、TCCON サイトの緯度・経度に対 して、FTS 視野中心の位置が 2 度以内（陸域・ゲイン H）、5 度以内（陸域・ゲイン M、海域・ゲ イン H/M）で、FTS 視野内の平均高度と TCCON サイトの標高との差が 2 km 以内の FTS ス キャンを選出する (2) FTS 視野中心の位置に対して、最短距離にある TCCON サイトのデータを選出する (3) FTS スキャンの観測時刻に対して、前後 30 分以内の TCCON データの平均値を算出する

TCCON データは、TCCON Data Archive サイトから取得できますが、不定期に更新されており、 取得時期によりデータが異なる場合があります。

本バイアス補正処理で参照した TCCON データの一覧を表 2-1 に示します。観測ゲイン別に FTS 視野内陸率が 100％を「陸域」（60％以上 100％未満の海陸混在域は対象としません）、0％を 「海域」としたマッチアップ結果の FTS スキャン数を表 2-2 に示します。

- 2 - 表 2-1： バイアス補正処理で参照した TCCON データ サイト コード サイト名 緯度 （deg. N） 経度 （deg. E） 標高 （km） ファイル名

ae Ascension Island -7.92 -14.33 0.03 ae20120522_20171231.public.nc an Anmyeondo 36.54 126.33 0.03 an20150202_20161116.public.nc bi Białystok 53.23 23.02 0.13 bi20090313_20170414.public.nc br Bremen 53.10 8.85 0.03 br20070115_20170530.public.nc ci Pasadena 34.14 -118.13 0.24 ci20120920_20180131.public.nc db Darwin -12.43 -12.46 130.89 130.93 0.03 0.04 db20050828_20170328.public.nc df Edwards 34.96 -117.88 0.70 df20130720_20160830.public.nc et East Trout Lake 54.36

54.35

-104.99 -104.99

0.50

0.50 et20161007_20180129.public.nc fc Four Corners 36.80 -108.48 1.64 fc20130316_20131004.public.nc gm Garmisch 47.48 11.06 0.75 gm20070716_20180509.public.nc if Indianapolis 39.86 -86.00 0.27 if20120823_20121201.public.nc iz Izaña 28.30 28.31 -16.48 -16.50 2.37 2.37 iz20070518_20180226.public.nc jc JPL 34.20 -118.18 0.39 jc20070731_20080622.public.nc jf JPL 34.20 -118.18 0.39 jf20110519_20180331.public.nc js Saga 33.24 130.29 0.01 js20110728_20171202.public.nc ka Karlsruhe 49.10 8.44 0.11 ka20100419_20180228.public.nc lh Lauder (120HR) -45.05 -45.04 169.68 169.68 0.37 0.37 lh20040629_20101209.public.nc ll Lauder -45.04 169.68 0.37 ll20100202_20171202.public.nc ma Manaus -3.21 -60.60 0.05 ma20141001_20150624.public.nc oc Lamont 36.60 -97.49 0.32 oc20080706_20180131.public.nc or Orléans 47.97 2.11 0.13 or20090829_20170530.public.nc pa Park Falls 45.94 -90.27 0.44 pa20040602_20180131.public.nc pr Paris 48.85 2.36 0.06 pr20140923_20170526.public.nc ra Reunion Island -20.90 55.49 0.09 ra20110916_20180228.public.nc rj Rikubetsu 43.46 143.77 0.38 rj20131116_20170530.public.nc so Sodankylä 67.37 26.63 0.19 so20090516_20171101.public.nc sp Ny-Ålesund 78.92 11.92 0.02 sp20060328_20170530.public.nc tk Tsukuba 36.05 140.12 0.03 tk20110804_20170604.public.nc wg Wollongong -34.41 150.88 0.03 wg20080626_20170529.public.nc zs Zugspitze 47.42 10.98 2.96 zs20150424_20180322.public.nc

- 3 - 表 2-2： SWIR L2 CO2プロダクトのマッチアップ FTS スキャン数［2009～2016 年］ サイト コード サイト名 陸域 海域 ゲイン H ゲイン M ゲイン H ゲイン M ae Ascension Island 0 0 649 0 an Anmyeondo 9 0 1 0 bi Białystok 100 0 0 0 br Bremen 26 0 0 0 ci Pasadena 1,107 395 10 0 db Darwin 265 0 191 0 df Edwards 135 1,088 0 0

et East Trout Lake 0 0 0 0

fc Four Corners 25 1 0 0 gm Garmisch 193 0 12 0 if Indianapolis 41 0 0 0 iz Izaña 0 0 0 0 jc JPL 0 0 0 0 jf JPL 402 204 6 0 js Saga 135 0 22 0 ka Karlsruhe 162 0 0 0 lh Lauder (120HR) 32 0 1 0 ll Lauder 329 0 20 0 ma Manaus 0 0 0 0 oc Lamont 1,007 0 0 0 or Orléans 251 0 0 0 pa Park Falls 131 0 1 0 pr Paris 44 0 0 0 ra Reunion Island 2 0 327 0 rj Rikubetsu 91 0 26 0 so Sodankylä 103 0 0 0 sp Ny-Ålesund 0 0 0 0 tk Tsukuba 682 0 3 0 wg Wollongong 451 0 219 0 zs Zugspitze 9 0 0 0 合計 5,732 1,688 1,488 0

- 4 -

3. バイアス補正の方法

3.1 重回帰分析

2009 年から 2016 年の SWIR L2 CO2プロダクトと TCCON データとのマッチアップ結果を用い て、陸域（ゲイン H とゲイン M）と海域（ゲイン H）の区分に応じて、Inoue et al.［2016］に記されてい る説明変数を用いた下記の回帰式により XCO2について重回帰分析を行いました。本回帰式にお ける説明変数に用いたパラメータを表 3-1 に示します。なお、各説明変数には、全てのマッチアッ プ FTS スキャンの平均値からの偏差を用いました。 バイアス補正済の XCO2の誤差（分散 ）は、下記の計算式で求めました。 陸域（ゲイン H とゲイン M）では、各 TCCON サイトのマッチアップ FTS スキャン数に応じた重み を考慮して重回帰分析を行いましたが、海域（ゲイン H）では、重みは考慮しませんでした。 3.2 バイアス補正処理 本重回帰分析結果を利用した総合的なバイアス補正処理を行いました。SWIR L2 CO2プロダク トと TCCON データとの XCO2の差、本重回帰分析により得られた各偏回帰係数と切片、補正済 SWIR L2 CO2プロダクトと TCCON データとの XCO2の差について、表 3-2 にまとめます。なお、補 正済 SWIR L2 CO2プロダクトでは、海陸混在域（FTS 視野内陸率が 60％以上 100％未満）の FTS スキャンに対しても、陸域（ゲイン H とゲイン M）の重回帰分析結果を利用した経験的なバイアス補 正処理がそれぞれ適用されています。海域（ゲイン M）の FTS スキャンに対しては、海域（ゲイン H） の重回帰分析結果を利用した経験的なバイアス補正処理が適用されています。また、2009 年から 2016 年のマッチアップ結果から決定されたバイアス補正処理を、2017 年以降の SWIR L2 CO2プ ロダクトの FTS スキャンに対しても適用し、補正済 SWIR L2 CO2プロダクトを生成・公開します。表 3-3 と表 3-4 に 2017 年と 2018 年の本バイアス補正処理結果についてまとめます。2009 年から 2016 年と 2017 年、2018 年の SWIR L2 CO2プロダクトと TCCON データ、補正済 SWIR L2 CO2プ ロダクトと TCCON データとの XCO2の散布図を、陸域（ゲイン H とゲイン M）と海域（ゲイン H）別に 図 3-1 から図 3-9 に示します。

- 5 - 表 3-1： 回帰式（XCO2）における説明変数に用いたパラメータ パラメータ 説明 陸域 海域 ゲイン H ゲイン M ゲイン H FTS SWIR L2 処理で同時推定した エアロゾル光学的厚さ 〇 〇 〇 FTS SWIR L2 処理で同時推定した 地表面気圧と参照した地表面気圧の差 〇 〇 〇 1/cos（太陽天頂角）＋1/cos（衛星天頂角） で計算したエアマス 〇 〇 〇 FTS SWIR L2 処理で同時推定した O2A バンドの地表面アルベド 〇 〇 -

表 3-2： SWIR L2 CO2プロダクト（XCO2）の重回帰分析・バイアス補正処理結果［2009～2016 年］

陸域 海域 ゲイン H ゲイン M ゲイン H SWIR L2 CO2 プロダクト TCCON データとの差の平均値（ppm） -0.344 1.803 -1.583 TCCON データとの差の標準偏差（ppm） 2.192 1.965 1.811 TCCON データとの相関係数 0.931 0.847 0.915 重回帰 分析 偏回帰係数 （ppm） 5.320 33.984 -23.289 （ppm/hPa） 0.223 0.179 0.267 （ppm） 0.141 -0.452 -4.409 （ppm） 4.414 -3.624 - 切片 （ppm） 0.327 -1.560 1.583 偏回帰係数の 標準偏差 （ppm） 1.793 5.114 1.664 （ppm/hPa） 0.007 0.017 0.009 （ppm） 0.081 0.131 0.432 （ppm） 0.542 0.788 - 切片の標準偏差 （ppm） 0.027 0.046 0.035 自由度調整済決定係数 0.164 0.122 0.436 補正済 SWIR L2 CO2 プロダクト TCCON データとの差の平均値（ppm） -0.018 0.243 0.000 TCCON データとの差の標準偏差（ppm） 2.007 1.819 1.358 TCCON データとの相関係数 0.939 0.876 0.949

- 6 -

表 3-3： SWIR L2 CO2プロダクト（XCO2）のバイアス補正処理結果［2017 年］

陸域 海域 ゲイン H ゲイン M ゲイン H マッチアップ FTS スキャン数（各 TCCON サイト合計） 1,069 425 434 SWIR L2 CO2 プロダクト TCCON データとの差の平均値（ppm） -0.869 0.011 -2.242 TCCON データとの差の標準偏差（ppm） 2.201 2.325 1.855 TCCON データとの相関係数 0.756 0.509 0.566 補正済 SWIR L2 CO2 プロダクト TCCON データとの差の平均値（ppm） -0.664 -1.457 -0.971 TCCON データとの差の標準偏差（ppm） 2.006 1.868 1.438 TCCON データとの相関係数 0.769 0.622 0.640

表 3-4： SWIR L2 CO2プロダクト（XCO2）のバイアス補正処理結果［2018 年］

陸域 海域 ゲイン H ゲイン M ゲイン H マッチアップ FTS スキャン数（各 TCCON サイト合計） 510 393 11 SWIR L2 CO2 プロダクト TCCON データとの差の平均値（ppm） -1.037 1.018 -3.493 TCCON データとの差の標準偏差（ppm） 1.948 2.160 3.845 TCCON データとの相関係数 0.800 0.656 0.656 補正済 SWIR L2 CO2 プロダクト TCCON データとの差の平均値（ppm） -0.739 -0.150 -1.755 TCCON データとの差の標準偏差（ppm） 1.809 1.804 2.921 TCCON データとの相関係数 0.818 0.749 0.657 ※ 表 3-3 と表 3-4、図 3-4 から図 3-9 のマッチアップには、2019 年 2 月に取得した最新の TCCON データを用いました（表 3-5、赤字のファイルが表 2-1 から更新）。

- 7 - 表 3-5： 2017 年と 2018 年のマッチアップで用いた TCCON データ サイト コード サイト名 緯度 （deg. N） 経度 （deg. E） 標高 （km） ファイル名

ae Ascension Island -7.92 -14.33 0.03 ae20120522_20171231.public.nc an Anmyeondo 36.54 126.33 0.03 an20150202_20161116.public.nc bi Białystok 53.23 23.02 0.13 bi20090301_20171213.public.nc br Bremen 53.10 8.85 0.03 br20070115_20180109.public.nc ci Pasadena 34.14 -118.13 0.24 ci20120920_20181001.public.nc db Darwin -12.43 -12.46 130.89 130.93 0.03 0.04 db20050828_20180119.public.nc df Edwards 34.96 -117.88 0.70 df20130720_20181001.public.nc

et East Trout Lake 54.36 54.35

-104.99 -104.99

0.50

0.50 et20161007_20181003.public.nc fc Four Corners 36.80 -108.48 1.64 fc20130316_20131004.public.nc gm Garmisch 47.48 11.06 0.75 gm20070716_20180803.public.nc if Indianapolis 39.86 -86.00 0.27 if20120823_20121201.public.nc iz Izaña 28.30 28.31 -16.48 -16.50 2.37 2.37 iz20070518_20181102.public.nc jc JPL 34.20 -118.18 0.39 jc20070731_20080622.public.nc jf JPL 34.20 -118.18 0.39 jf20110519_20180514.public.nc js Saga 33.24 130.29 0.01 js20110728_20180803.public.nc ka Karlsruhe 49.10 8.44 0.11 ka20100419_20181022.public.nc lh Lauder (120HR) -45.05 -45.04 169.68 169.68 0.37 0.37 lh20040629_20101209.public.nc ll Lauder -45.04 169.68 0.37 ll20100202_20180804.public.nc ma Manaus -3.21 -60.60 0.05 ma20141001_20150624.public.nc oc Lamont 36.60 -97.49 0.32 oc20080706_20181003.public.nc or Orléans 47.97 2.11 0.13 or20090829_20171231.public.nc

pa Park Falls 45.94 -90.27 0.44 pa20040602_20181001.public.nc

pr Paris 48.85 2.36 0.06 pr20140923_20180126.public.nc

ra Reunion Island -20.90 55.49 0.09 ra20110916_20180228.public.nc rj Rikubetsu 43.46 143.77 0.38 rj20131116_20171222.public.nc so Sodankylä 67.37 26.63 0.19 so20090516_20181003.public.nc sp Ny-Ålesund 78.92 11.92 0.02 sp20060328_20170917.public.nc tk Tsukuba 36.05 140.12 0.03 tk20110804_20171228.public.nc wg Wollongong -34.41 150.88 0.03 wg20080626_20170913.public.nc zs Zugspitze 47.42 10.98 2.96 zs20150424_20180803.public.nc

- 8 -

図 3-1: TCCON データとの陸域 XCO2（ゲイン H）の散布図［2009～2016 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 9 -

図 3-2: TCCON データとの陸域 XCO2（ゲイン M）の散布図［2009～2016 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 10 -

図 3-3: TCCON データとの海域 XCO2（ゲイン H）の散布図［2009～2016 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 11 -

図 3-4: TCCON データとの陸域 XCO2（ゲイン H）の散布図［2017 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 12 -

図 3-5: TCCON データとの陸域 XCO2（ゲイン M）の散布図［2017 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 13 -

図 3-6: TCCON データとの海域 XCO2（ゲイン H）の散布図［2017 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 14 -

図 3-7: TCCON データとの陸域 XCO2（ゲイン H）の散布図［2018 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 15 -

図 3-8: TCCON データとの陸域 XCO2（ゲイン M）の散布図［2018 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 16 -

図 3-9: TCCON データとの海域 XCO2（ゲイン H）の散布図［2018 年］ （上: SWIR L2 CO2プロダクト V02.72、下: 補正済 SWIR L2 CO2プロダクト V02.75）

- 17 -

参考文献

Inoue, M., I. Morino, O. Uchino, T. Nakatsuru, Y. Yoshida, T. Yokota, D. Wunch, P. O. Wennberg, C. M. Roehl, D. W. T. Griffith, V. A. Velazco, N. M. Deutscher, T. Warneke, J. Notholt, J. Robinson, V. Sherlock, F. Hase, T. Blumenstock, M. Rettinger, R. Sussmann, E. Kyrö, R. Kivi, K. Shiomi, S. Kawakami, M. De Mazière, S. G. Arnold, D. G. Feist, E. A. Barrow, J. Barney, M. Dubey, M. Schneider, L. T. Iraci, J. R. Podolske, P. W. Hillyard, T. Machida, Y. Sawa, K. Tsuboi, H. Matsueda, C. Sweeney, P. P. Tans, A. E. Andrews, S. C. Biraud, Y. Fukuyama, J. V. Pittman, E. A. Kort, and T. Tanaka (2016), Bias corrections of GOSAT SWIR XCO2 and XCH4 with TCCON data and their evaluation using aircraft measurement data, Atmos. Meas. Tech., 9, 3491–3512, https://doi.org/10.5194/amt-9-3491-2016.

略語

AOT Aerosol Optical Thickness FTS Fourier Transform Spectrometer GOSAT Greenhouse gases Observing SATellite JAXA Japan Aerospace Exploration Agency NIES National Institute for Environmental Studies SWIR Short-Wavelength Infrared