2012 年 9 月日 ( 千葉大学.CEReS) 講師 : 樋口篤志斎藤尚子カトリ. プラデイープ眞子直弘第 6 回 VL 千葉大.CEReS エアロゾルと大気補正 Part A: スカイラジオメーターデータの標準解析方法担当 : カトリ. プラデイープ

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2012 年9月 18-19 日（千葉大学.CEReS）講師：樋口篤志、斎藤尚子、カトリ.プラデイープ、眞子直弘

第 6 回 VL 講習会＠千葉大.CEReS

∼

エアロゾルと大気補正

∼

Part A:スカイラジオメーターデータの標準解析方法

担当：カトリ.プラデイープ

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演習の目的

スカイラジオメーターデータの標準解析方法を学び、

エアロゾルの光学的パラメータを推定する

演習の流れ

OMI データを用いてカラムオゾン量を

求める

（第一章.応用１）

MODIS データ（

MCD43B4 プロダクト）を用いて

地面反射率を求める

（第二章.応用２）

SKYRAD.PACK（Version 4.2）ソフトを用いて

スカイラジオメーターデータを解析する

（第三章.応用３）

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2.2 MODIS 土地データプロダクト ... 5 2.3 応用 2：MODIS/MCD43B4 プロダクトの処理方法 ... 7 第 3 章スカイラジオメーターデータの解析 ... 11 3.1 スカイラジオメーター装置 ... 11 3.2 観測原理 ... 12 3.3 応用 3：スカイラジオメーターデータの解析方法 ... 13 3.3.1 ディスクスキャンデータを用いた立体視野角（ΔΩ）の計算 ... 14 3.3.2 前方散乱（Θ≤300_{）データを用いた検定常数（F} 0）の計算 ... 16 3.3.3 全散乱角のデータと F₀ を用いたエアロゾル光学的パラメータの推定 ... 21 3.3.4 雲のスクリーニングム ... 24 参考文献... 26

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1

第 1 章 OMI 観測によるカラムオゾン量

1.1 Ozone Monitoring Instrument（オゾン監視装置; OMI）

オゾン監視装置（OMI）は、2004 年に打ち上げられた米国航空宇宙局（NASA）の AURA 衛星に搭載された地球大気観測センサーである。OMI は、オゾン全量を観測するとともに、大気中のダストや硫酸塩などのエアロゾルも検出することができる。OMI は過去のオゾン全量マッピング分光計（TOMS）のようにオゾン化学と気候変動に関連する様々な大気パラメータのデータを提供している。

1.2 OMI レベル 3 データファイルの形式

OMI 標準レベル 3（L3）プロダクトのデータは、ASCII ファイル形式で提供されている。本原稿作成時点でデータは、1.0 度の経度×1.0 度の緯度（低解像度）のグリッディングと、0.25 度の経度×0.25 度の緯度（高解像度）のグリッディングで公開されている。低解像度データファイルは「L3_ozone_omi_YYYYMMDD.txt」、高解像度データファイルは「L3e_ozone_omi_YYYYMMDD.txt」という名前となっている（YYYY、MM、DD はそれぞれ年、月、日を表す）。例 1：OMI レベル 3 プロダクトデータの例

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2 データファイルの中身を例１に示す。データファイルのヘッダーの最初の行には、データ取得日、センサー名、プロダクトの種類（例えば、オゾン、エアロゾル）、ファイルの作成日、時間などの情報が含まれている。二行目には、中心となっている経度の値と経度ビン数と、同様に、三行目には、中心となっている緯度の値と緯度ビン数の情報が含まれている。負の緯度は南半球を、負の経度は西経を表している。ヘッダーの次は、各グリッドに対する観測データが並んでいる。例えば、例１を見ると、ヘッダーの次は、南緯 89.5 度を中心とした緯度帯について経度を 360 個に分けたグリッドの観測データである。この次は、南緯 88.5 度を中心とした緯度帯について経度を 360 個に分けたグリッドの観測データである。各グリッドの値は、三桁の数字で表示されている。ゼロは、データが存在しない、あるいは光量やその他の問題でデータが収集されなかったことを示している。

1.3 OMI レベル 3 データのダウンロード

OMIレベル 3 プロダクトデータファイルは、米国航空宇宙局（NASA）のウェブサイト（http://ozoneaq.gsfc.nasa.gov/OMIOzone.md）からダウンロードすることが出来る。また、wget コマンドを通じて、低解像度データファイルは ftp://jwocky.gsfc.nasa.gov/pub/omi/data/ozone/から、高解像度データファイルは ftp://jwocky.gsfc.nasa.gov/pub/omi/data/Level3e/ozone/ から、それぞれ取得することが出来る。例えば、2011 年の 1 年間の低解像度データファイルは以下のようにダウンロードが出来る。

wget ftp://jwocky.gsfc.nasa.gov/pub/omi/data/ozone/Y2011/*.* -p AAAA ここで、「AAAA」は、データの保存先である。

1.4 応用 1：OMI 観測データの簡単な処理

千葉大学（緯度：35.6247０_{N、経度：140.1038}０_{E）を中心とする 1.0}０_×1.0０領域に 2012 年 5 月におけるカラムオゾン量を算出しよう。 1.2 節で記述したように、OMI レベル 3 プロダクトデータファイルは、ASCII ファイル形式であり、全球のデータは緯度、経度をグリッド化して公開されている。どのプログラミング言語で作成したプログラムを用いても目的の緯度と

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3 経度のデータを抽出する事が出来るが、今回の演習では Fortran 言語で書いてあるプログラムを使って、与えられた緯度と経度に対するオゾンのカラム量を抽出する。必要なツール、データなどプログラム名：2012VL_readozone.f 入力データ：OMIレベル 3 プロダクトデータファイル出力データ：対象地点におけるカラムオゾン量の値解析方法  データを用意する  解析プログラムを実行する  オゾン量の日変化を図で表す注:以下のコマンドでＵＳＢは、ＵＳＢメモリの意味である。ＵＳＢの代わりに/media/disk を打ってください。  データを用意する 1. 新しいディレクトリを作成する。 mkdir –p OZONE/DATA 2. 本演習のために必要なデータは事前にダウンロードして USB メモリの「2012VL_PartA/OZONE/DATA」ディレクトリにおいてある。このデータをコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/OZONE/DATA/*.txt OZONE/DATA  解析プログラムを実行する１． USB メモリの「 2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS 」ディレクトリにある「2012VL_readozone.f」プログラムを「OZONE」ディレクトリにコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS/2012VL_readozone.f OZONE ２．「OZONE」ディレクトリに移動する。 cd OZONE ３．入力データファイルのリストを作り、解析プログラムをコンパイルし、実行する。 ls DATA/*.txt > ozonelist.txt

f95 2012VL_readozone.f –o 2012VL_readozone.e ./2012VL_readozone.e

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4

 オゾン量の日変化を図で表す

1. USB メモリの「2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS」から「2012VL_ozone_plot.txt」を現在のディレクトリ（「OZONE」）にコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/OZONE/PROGRAMS/2012VL_ozone_plot.txt ./ 2. gnuplot で日変化の図を作る。 gnuplot 2012VL_ozone_plot.txt 3. gnuplot から作成した図を開く。 display OZONE.png

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第 2 章

MODIS/MCD43B4 プロダクトによ

る地面反射率

2.1 Moderate Resolution Imaging Spectrometer（MODIS）

中解像度イメージング分光放射計（MODIS）は、米国航空宇宙局（NASA）の TERRA 衛星と AQUA 衛星に搭載された地球大気観測センサーである。MODIS センサーは、 0.4µｍから 14.4µｍの間に様々な空間分解能の 36 スペクトルバンドを持っている。MODIS センサーの主な波長帯を表 2.1 に記載する。表 2.1 MODIS センサーの主な波長帯バンド波長帯[μm] 観測項目空間分解能 1 0.620-0.670（赤）陸、雲、エアロゾル 250m 2 0.841-0.876（近赤外域） 3 0.459-0.479（青）陸、雲、エアロゾル 500m 4 0.545-0.565（緑） 5 1.230-1.250（短波長赤外域） 6 1.628-1.652（短波長赤外域） 7 2.105-2.155（短波長赤外域） 8～36 以下、省略 1000m MODIS センサーによる観測データプロダクトは、土地、大気、雪氷、海洋のグループに分けられている。  土地データプロダクトの詳細https://lpdaac.usgs.gov/  大気データプロダクトの詳細http://ladsweb.nascom.nasa.gov/  雪氷データプロダクトの詳細http://nsidc.org/daac/modis/index.html  海洋データプロダクトの詳細http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/

2.2 MODIS 土地データプロダクト

Land Processes Distributed Active Archive Center（LP DAAC）は、様々な MODIS 土地データプロダクトを無料で配布している。データプロダクトの種類によって時間分解能及び空間分解能が異なる。

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時間分解能：１日、8 日、16 日、月、四半期、および年間

空間分解能：250 meter, 500 meter, 1000 meter, 5600 meter （0.05 度）

TERRA/MODIS や AQUA/MODIS、またはその両者の組み合わせからのプロダクトは、上記の一つあるいは複数の分解能で公開されている。データプロダクト名には、衛星の種類を表す為に次の様な接尾辞が付けられる。 MOD:MODIS/TERRA プロダクト MYD:MODIS/AQUA プロダクト MCD:MODIS/TERRA と MODIS/AQUA 組み合わせたプロダクト

MODIS 土地データプロダクトは、三種類の投影法（Sinusoidal, Lambert Azimuthal Equal-Area, and Geographic）で構成されており、ほとんどのプロダクトは、Sinusoidal 地図投影法で構成されている。Sinusoidal 地図投影法では、約 10 度角の非重複タイルとして全球のデータが構成されている。タイルの座標系は、左上隅が（0,0）（水平方向のタイル数,縦のタイル番号）になり、右向き（水平）下向き（垂直）の方向に進行する。例えば、図 2.1 に示すように、緯度 35.6247０_N_{と経度 140.1038}０_E_{の千葉大学に該当するタイル番号は、}_（29,5）である。図 2.1 Sinusoidal 地図投影法と千葉大学を該当するタイル番号

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7 MODIS土地データプロダクトファイルの名前は、以下のようになっている。 MOD09A1.AYYYYDDD.hxxVxx.VVV.YYYYDDHHMMSS.hdf

2.3 応用 2：MODIS/MCD43B4 プロダクトの処理方法

いくつかの MODIS 土地プロダクトのうち、16 日の時間分解能と 1000 meter の空間分解能の天底 BRDF（双方向反射分布関数）調整した表面反射率（MCD43B4）のプロダクトには、波長帯 1－7 の地面反射率の情報が含まれている。このプロダクトを用いて、千葉大学（緯度：35.6247０_{N、経度：140.1038}０_{E）を中心とす} る領域の 2012 年 5 月の地面反射率を算出する。必要なツール、データなどツール LDOPE_Linux_bin 土地データプロダクト解析用ツール 2012VL_MODIS_download.pl データダウンロード用プログラム 2012VL_MODIS_pixel.pl pixel 値を読み取る用プログラム入力データ MCD43B4 プロダクト（hdf ファイル）出力データ波長帯 1－7 の月平均地面反射率注:以下のコマンドでＵＳＢは、ＵＳＢメモリの意味である。ＵＳＢの代わりに/media/disk を打ってください。 LDOPE_Linux_bin のインストール 1. 新しいディレクトリを作成する。（注:現在「OZONE」ディレクトリにいれば, まず「cd ..」で上のディレクトリに移動する。） mkdir MODIS プロダクト名年と通過日タイル番号データのバージョンデータ公開の年、日と時間

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8 2. USB メモリの「2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS」にある「LDPOE_Linux_bin.tar」を「MODIS」ディレクトリにコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS/LDOPE_Linux_bin.tar MODIS 3. 「MODIS」ディレクトリに移動して、「LDPOE_Linux_bin.tar」を展開する。 cd MODIS tar –xvf LDOPE_Linux_bin.tar 4. 「LDPOE_Linux_bin/bin」ディレクトリにある「read_pixvals」をコピーする。 cp LDOPE_Linux_bin/bin/read_pixvals ./ 解析方法  対象の地点（緯度,経度）が含まれるタイルの番号、地点（緯度,経度）に対応する line と sample の値を検索する  データを用意する  pixel の値を読み取る  各波長帯の値を描く  対象の地点（緯度,経度）が含まれるタイルの番号、地点（緯度,経度）に対応する line と sample の値を検索する

1. MODLAND Tile Calculator」を次のリンクから開く。

http://landweb.nascom.nasa.gov/cgi-bin/developer/tilemap.cgi 2. 図 2.2 のように必要な情報を提供して、「Compute Coordinates」をクリッ

クする。

3. 「Results」のタイル番号、sample と line の値をメモしておく。  データを用意する

MODIS 土地プロダクト（ Version 5）のデータは、 NASA のウェブサイト（ftp://ladsweb.nascom.nasa.gov/allData/5）からダウンロードすることが出来る。本演習のために必要なデータは事前にダウンロードして、USB メモリの「2012VL_PartA/MODIS/DATA」ディレクトリにおいてある。（本演習のデータをダウンロードするためのプログラムは、「VL2012_MODIS_download.pl」である。時間の関係でデータのダウンロードは本演習中には行わない。） USB メモリの「2012VL_PartA/MODIS/DATA」にある hdf ファイルを現在のディレクトリ（「MODIS」）にコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/MODIS/DATA/*hdf ./

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図 2.2 「MODLAND Tile calculator」  pixel の値を読み取る

「 MODLAND Tile calculator 」から得られた、 sample と line の値と「read_pixvals」という実行プログラムを用いて、対象の地点（緯度,経度）に対応する pixel の値を以下のように読み取る事が出来る。

./read_pixvals –xy= sample,line MODIS_Filename.hdf

本演習では、一ヶ月の MODIS/TERRA と MODIS/AQUA 組み合わせのプロダクトの複数データファイルを用いて、対応地点（緯度、経度）の pixel と共に対応地点（緯度、経度）の pixel の周りの pixel の値も読み取る。このような複数データファイルの複数の pixel の値を読み取るため「2012VL_MODIS_pixel.pl」というプログラムを作成して USB メモリの「2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS」ディレクトリにおいてある。

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10 1. USB メモリの「 2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS 」ディレクトリにある「2012VL_MODIS_pixel.pl」プログラムを現在のディレクトリ（「MODIS」）にコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS/2012VL_MODIS_pixel.pl ./ 2. 「2012VL_MODIS_pixel.pl」を実行する。 perl 2012VL_MODIS_pixel.pl  各波長帯の値を描く 1. USB メモリの「 2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS 」ディレクトリにある「2012VL_reflect_plot.txt」ファイルを現在のディレクトリ（「MODIS」）にコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/MODIS/PROGRAMS/2012VL_reflect_plot.txt ./ 2. gnuplot で各波長帯の値を描く。 gnuplot 2012VL_reflect_plot.txt 3. gnuplot から作成した図を開く。 display SUR_REFLECTANCE.png

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第 3 章スカイラジオメーターデータ

の解析

3.1 スカイラジオメーター装置

図 3.1 日本製のスカイラジオメーター（PREDE 株式会社）分光放射計の一種であるスカイラジオメータ-（PREDE 株式会社）（図 3.1）は、サンセンサー、駆動ユニット、制御ユニットと降雨センサーから構成される太陽直達光及び天空散乱光を観測する装置である。一般的に、型番 POM-01 の場合 7 波長（315, 400, 500, 675, 870, 940,1020 nm）と、型番 POM-02 の場合 11 波長（315 , 340 , 380 , 400 , 500 , 675 , 870 , 940 , 1020 ,1627, 2200 nm）の選択で、波長別の太陽周辺光を含む天空輝度が散乱角毎（0, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160）に測定される。太陽天頂角 θ とエアマス（大気路程）に依存して、2 つの測定法が取られる（図 3.2）。天頂角が 15 度未満（南中時付近）のとき、太陽が描く主平面に沿って測定（Principal plane scanning method; 垂直スキャン）を行う。天頂角が 15 度以上のときは、太陽高度と同じ高度の周辺光の測定（Almucanter plane scanning method; 水平スキャン）を行う。

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3.2 観測原理

散乱角 Θ は、天頂角 θ と観測角 θ₀方位角 φ から以下のように求められる。    

 cos sin sin cos

cos cos ₀  ₀ （3.1）水平スキャンではθ=θ₀としてφを、垂直スキャンではφ=0 としてθをそれぞれ変化させる。各波長λに対する直達放射強度F [Wm-2_μm-1_{]は、次の式で与えられる。}  m e F F  ₀  （3.2）ここで、F₀は大気上端での太陽放射強度で、m はエアマス、τ は大気の全光学的厚さである。各波長の等高度観測（水平スキャン）における天空輝度E（λ） [Wm-2_μm-1_{]は次のように書ける。} )] ( ) ( [ ) ( ) , ( E  Fm P  q E   （3.3）ここで、ΔΩは装置の立体視野角、ω は全エアマスの単一散乱アルベド、そしてP（Θ）は散乱光Θにおける位相関数で、（ωτP（Θ））は単一散乱寄与、 q（Θ）が多重散乱寄与を表す。輝度強度Ε（Θ）を直達放射強度 F で割ると ) ( ) ( ) ( ) (         P q Fm E R  （3.4）正規化された相対的強度が定義できる。この比 R（Θ）は、観測値のみによって作られ、経年変化に伴う放射計の干渉フィルターの劣化の影響を受けないため、長期観測に適している。太陽日光 F から得られる光学的厚さτと相対天空輝度 R から、エアロゾルの光学的特性が導かれる。Nakajima et. al（1996）はこのようなインバージョン法を用いて、スカイラジオメーターのデータ解析用プログラムパッケージ「Skyrad.pack」を開発した。「Skyrad.pack」は、現在まで修正・改良が加え

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13 られ、ΔΩの計算、前方散乱を用いた装置常数の算出とエアロゾルの光学的物理量の計算、及び後方散乱まで含めた複素屈折率の計算と光学的物理量の再計算の各プログラムが提供されている。最新の観測プログラムでは、下記の 4 種類の観測データが作成される。なお、各ファイルの詳細は、スカイラジオメーターの操作書に記述されている。  yymmddnn.dat 通常観測データファイル  yymmddnn.sun 直達光観測データファイル  yymmddnn.V** ディスクスキャンデータファイル  yymmddnn.cld 雲観測データファイル

3.3 応用 3：スカイラジオメーターデータの解析方法

千葉大学（緯度：35.6247０_{N、経度：140.1038}０_{E）観測サイトにあるスカイラ} ジオメーターの 2012 年 5 月のデータを用いて、エアロゾルの光学的パラメータを推定する。スカイラジオメーターデータ解析の流れディスクスキャンデータから立体視野角（ΔΩ）を計算する前方散乱（Θ≤300_{）放射輝度データを用いて Improved Langley 方} 法で装置の検定常数（F₀）を計算する SKYNET Level1 解析全散乱角放射輝度データと Improved Langley 方法から得られた F₀の値を用いてエアロゾルの光学的パラメータを推定する SKYNET Level2 解析雲のスクリーニングを行う

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3.3.1 ディスクスキャンデータを用いた立体視野角（ΔΩ）の計

算

必要なプログラムとデータプログラム名:（1）solid3m.f  立体視野角（ΔΩ）を求めるプログラム（2）2012VL_SVA.f  古い ΔΩ を新しい ΔΩ で入れ替えるプログラム補助ファイル:（1）sproc.par  solid3m.f のパラメータ設定ファイル（2）ins.para  Instrument parameter ファイル入力データ：晴れた時間のディスクスキャンデータ注:使用データの品質によって、出力の値に影響される可能性があるので出来だけ晴れた時間のデータを選ぶ出力データ：立体視野角（ΔΩ）の値注:以下のコマンドでＵＳＢは、ＵＳＢメモリの意味である。ＵＳＢの代わりに/media/disk を打ってください。解析方法 1. 新しい「solid」ディレクトリと「solid」の配下に「DSK」ディレクトリを作る。（注:現在「MODIS」ディレクトリにいれば,まず「cd ..」で上のディレクトリに移動する。） mkdir –p solid/DSK 2. USB メモリの「2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS」にある「solid3m.f」、「solid.par」と「ins.para」を「solid」ディレクトリにコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/solid* solid cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/ins.para solid 3. USB メモリの「2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA」にあるディスクスキャンデータを「solid/DSK」ディレクトリにコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA/*V* solid/DSK 4. 「solid/DSK」ディレクトリに移動する。ディスクスキャンデータ（*.V1 だけ）のリストを作る。 cd solid/DSK ls *V01 > ../fname 5. 「solid」ディレクトリに戻る。「solid3m.f」をコンパイルして実行する。 cd ../

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f77 –r8 –O –g –o solid3m.e solid3m.f ./solid3m.e 注:出力の「SVA.out」ファイルを開いて、波長別の値をチェックする。同じセンサーの過去のデータがあれば比較する。「SVA.out」の中身は以下の通りである。 6. 目視で確認した立体視野角（ΔΩ）の値を、「ins.para」ファイルに入力する（手動あるいは別のプログラムを使って）。本演習のために作成した「2012VL_SVA.f」プログラムを「2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS」ディレクトリからコピーして実行する。 cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/2012VL_SVA.f ./ f95 2012VL_SVA.f –o 2012VL_SVA.e

./2012VL_SVA.e 「ins.para」ファイルの中身は以下の通りである。波長の値立体視野角（ΔΩ）の値波長数波長の値波長別の ΔΩ 値（これらを入れ替える）

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3.3.2 前方散乱

（

Θ≤30

0

_{）データを用いた検定常数（F}

0

）の計算

必要なプログラム、データなどプログラム名：（1）dtform.f  観測データの形式を変換するプログラム（2）sproc4.f  インバージョンプログラム（3）cal_f0.f  検定常数（F₀）を求めるプログラム補助ファイル: （1）dtform.par  dtform.f のパラメータ設定ファイル（2）sproc_0.par  sproc4.f のパラメータ設定ファイル（3）cal_f0.par  cal_f0.f のパラメータ設定ファイル（4）ins.para  Instrument parameter ファイル（5）obs.para  Observation parameter ファイル（6）meteo.dat  meteorological data ファイル（7）MIEKER  Mie kernel ファイル

観測の放射輝度データファイル（yymmddnn.dat ファイル） dtform.f yymmddnn.DT4 ファイル yymmddnn.Tag ファイル sproc4.f （i）1.53-0.005i の屈折率（ii）気体分子の吸収が少ない波長の散乱角（Θ ）≤300 のみのデータ光学的厚さ（τ ）、一次散乱アルべド（ω ）, 粒径分布（dV/dlnr）など入力データ: （i）気圧（ii）カラムオゾン量（iii）地面反射率 cal_f0.f F0.out ファイル f0_w**.out ファイル SKYNET Level 1 の解析

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17 入力データ：観測の放射輝度データファイル（yymmddnn.dat ファイル）出力データ：光学的厚さなどのパラメーター注:固定の屈折率と前方散乱だけの情報によるインバージョンなので一次散乱アルべドなど重要なパラメータの信頼度が低い。注:以下のコマンドでＵＳＢは、ＵＳＢメモリの意味である。ＵＳＢの代わりに/media/disk を打ってください。解析方法 1. 新しい「skyradiometer」ディレクトリを作る。「skyradiometer」の配下に「level1」ディレクトリ、「level1」の配下に「DAT」、「DT4」、「Tag」、「Out」、「Par」、「Vol」、「Aur」、「Phs」、と「F0d」ディレクトリを作る。（注:現在「solid」ディレクトリにいれば,まず「cd ..」で上のディレクトリに移動する。）

mkdir –p skyradiometer/level1 cd skyradiometer/level1

mkdir –p DAT DT4 Tag Out Par Vol Aur Phs F0d

2. USB メモリの「2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA」ディレクトリにある通常観測データファイルを「DAT」ディレクトリにコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/DATA/*dat DAT 3. USB メモリの「2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS」ディレクトリにある必要なプログラムとファイルを「level1」ディレクトリにコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/dtform* ./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/sproc* ./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/cal_f0* ./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/meteo.dat ./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/obs.para ./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/MIEKER ./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/2012VL_meteo_param.f ./ cp USB/2012VL_PartA/SKYRADIOMETER/PROGRAMS/2012VL_surf_refl.f ./ 4. 「solid」ディレクトリにある「ins.para」ファイル（立体視野角 ΔΩ を更新したファイル）を「level1」ディレクトリにコピーする。 cp ../../solid/ins.para ./ 5. 「2012VL_meteo_param.f」をコンパイルして実行する。

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18 ./2012VL_meteo_param.e このプログラムを実行することで、  「user」に提供された観測サイトの標高（meter）から気圧を求められる。  「OZONE/OZONE.txt」ファイルにある平均のオゾン量の値を読み取れる。  「meteo.dat」にある気圧とオゾン量の値は、新しいデータで置き換えられる。「meteo.dat」ファイルの中身は以下の通りである。 6. 「2012VL_surf_refl.f」プログラムをコンパイルして実行する。

f95 2012VL_surf_refl.f –o 2012VL_surf_refl.e ./2012VL_surf_refl.e このプログラムを実行する事で  「MODIS/MODIS.txt」ファイルの月平均の地面反射率値を読み取る。  月平均の地面反射率値を用いて sky radiometer 用波長に内挿/外挿する。  「sproc_0.par」にある古い地面反射率値を新しい値（内挿/外挿の値）で入れ替えられる。  「sproc」ファイルの名前は「sproc_0.par」から「sproc.par」に変更される。気圧の値オゾン量の値

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19 「sproc_0.par」ファイルの中身は以下の通りである。 7. 「DAT」ディレクトリに移動して、「*.dat」ファイルのリストを作って、「level1」ディレクトリに戻る。 cd DAT ls *.dat > ../fname cd .. 8. 「dtform.f」をコンパイルして実行する。

f77 –r8 –O –g –o dtform.e dtform.f ./dtform.e

9. 「sproc4.f」をコンパイルして実行する。

f77 –r8 –O –g –o sproc4.e sproc4.f ./sproc4.e

注:1-9 までは、SKYNET Level 1.0 の解析方法である。Level-1 は、固定の屈折率と前方散乱だけの情報によるインバージョンなので一次散乱アルべドなど重要なパラメータの信頼度は低い。現在、SKYNET Level 1.0 のプロダクトは、検定常数（F₀）を求めるのために使っている。 10. 「SKYNET Level 1.0」解析の出力としての「F0d」ディレクトリのデータは、検定常数（F₀）を求めるためのデータである。「F0d」ディレクトリに移動波長の値波長別の地面反射率

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20 して、「*w01」ファイルのリストを作って、「level1」ディレクトリに戻る。 cd F0d ls *.w01 > ../fname cd .. 11. 「Cal_f0.f」プログラムをコンパイルして実行する。

f77 –r8 –O –g –o cal_f0.e cal_f0.f ./cal_f0.e 注:出力として「F0.out」、「f0_w**.out」などのファイルが出来る。「F0.out」に平均値、「f0_w**.out」に瞬間値が格納されている。検定常数（F₀）は、非常に重要なパラメータなので「F0.out」、「f0_w**.out」の出力を確認した後、 F0 の値は、Level2 の解析に使う。長時間（１年以上）の F0 の時系列で、時間による F0 の変動を見ながらデータ screening などを行う。今回の演習では、「F0.out」の値はこのまま使うが、実際のデータ解析の場合は、検定常数（F₀）の値に注意をする。（個別の議論は [email protected] まで連絡してください。）「F0.out」ファイルの中身は以下の通りである。「ins.para」ファイルの中身は以下の通りである。波長の値検定常数（F₀）の値検定常数（F₀）の値（今回の演習では、これらは F0.out の F0I 値に自動的に入れ替えられるようにcal_f0.par を設定してある）

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3.3.3 全散乱角のデータと F

₀

を用いたエアロゾル光学的パラメータ

の推定

Level 1 と Level 2 の違う点  検定常数（F0）を使う  1.53-0.005i の屈折率は初値として使う  前方散乱だけではなく、全散乱角（Θ）データを使う必要なプログラム、データなど Level 1 と同じ注:以下のコマンドでＵＳＢは、ＵＳＢメモリの意味である。ＵＳＢの代わりに/media/disk を打ってください。解析方法 1. 「skyradiometer」ディレクトリの配下に「level2」ディレクトリを作る。観測の放射輝度データファイル（yymmddnn.dat ファイル） dtform.f yymmddnn.DT4 ファイル yymmddnn.Tag ファイル sproc4.f （i）1.53-0.005i の屈折率（初値）（ii）気体分子の吸収が少ない波長の全散乱角（Θ）のデータ光学的厚さ（τ ）、一次散乱アルべド（ω ）, 粒径分布（dV/dlnr）, 屈折率（m_r-im_i）など入力データ: （i）F₀ （ii）気圧（iii）カラムオゾン量（iv）地面反射率 SKYNET Level 2 の解析

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（注:現在「level1」ディレクトリにいれば,まず「cd ../..」で上のディレクトリに移動する。）

mkdir –p skyradiometer/level2

2. 「skyradiometer/level2」ディレクトリに移動する。「level2」ディレクトリの配下に「DT4」、「Tag」、「Out」、「Par」、「Vol」、「Aur」、「Phs」、「F0d」ディレクトリを作る。

cd skyradiometer/level2

mkdir –p DT4 Tag Out Par Vol Aur Phs F0d

3. 「skyradiometer/level1」ディレクトリにある「 DAT」ディレクトリを「level2」ディレクトリに移動する。 mv ../level1/DAT ./ 4. 「skyradiometer/level1」ディレクトリにある必要なプログラムとファイルを「level2」ディレクトリに移動する。 mv ../level1/dtform* ./ mv ../level1/sproc* ./ mv ../level1/ins.para ./ mv ../level1/obs.para ./ mv ../level1/meteo.dat ./ mv ../level1/MIEKER ./ 5. 「sproc.par」ファイルを開いて、以下のように編集してからファイルを保存する。 0 0 0 を 1 1 1 にする 30.0 を 160.0 にする

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23 6. 「DAT」ディレクトリに移動する。「*.dat」ファイルのリストを作って、「level2」ディレクトリに戻る。 cd DAT ls *.dat > ../fname cd .. 7. 「dtform.e」と「sproc4.e」を実行する。 ./dtform.e ./sproc4.e

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3.3.4 雲の

スクリーニング必要なプログラム、データなど

プログラム名：（1）CSSR2.f  雲除去プログラム

（2）asy.f  asymmetry parameter を計算するプログラム

補助ファイル: （1）form.par  CSSR2.f のパラメータ設定ファイル（2）ins.para Instrument parameter ファイル

（3）obs.para  Observation parameter ファイル（4）meteo.dat meteorological data ファイル入力データ：（1）スカイラジオメーターの出力としての*.out ファイル（2）スカイラジオメーターと同時観測の全天日射データファイル出力データ：雲を除去したエアロゾルの光学的パラメータ注:以下のコマンドでＵＳＢは、ＵＳＢメモリの意味である。ＵＳＢの代わりに/media/disk を打ってください。解析手法 1. 「skyradiometer/level2/Out」ディレクトリに移動する。 cd Out 2. USB メモリの「2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS」ディレクトリにある必要なプログラムとファイルをコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS/*.f ./ cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS/form ./ 3. USB メモリの「2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/DATA」にある全天日射のデータをコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/DATA/*.txt ./ 4. 「level2」ディレクトリにある「ins.para」、「meteo.dat」、「obs.para」ファイルをコピーする。 cp ../obs.para ./ cp ../ins.para ./ cp ../meteo.dat ./ 5. スカイラジオメーター出力の「*.out」ファイルのリストを作る。 ls *.out > skyradfiles 6. 全天日射データファイルのリストを作る。 ls swd*.txt > globalfiles

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7. 「asy.f」プログラムをコンパイルして実行する。

f95 –ffixed-line-length-132 -w asy.f –o asy.e ./asy.e

8. 「CSSR2.f」プログラムをコンパイルして実行する。

f95 –ffixed-line-length-132 CSSR2.f –o CSSR2.e ./CSSR2.e 出力データファイルは以下の通りである。 yymmdd00opticalL2R01.txt （光学的厚さ、一次アルべドなどのプロダクト） yymmdd00physicalL2R01.txt（粒径分布, 屈折率などのプロダクト）  スカイラジオメータ-のプロダクトを図で表す 1. USB メモリの「2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS」ディレクトリにある「2012VL_skyrad.pl」プログラムを現在のディレクトリ（「Out」）にコピーする。 cp USB/2012VL_PartA/CLOUDSCREEN/PROGRAMS/2012VL_skyrad.pl ./ 2.「2012VL_skyrad.pl」を実行する。 perl 2012VL_skyrad.pl

課題：

上記の方法に従い千葉大学（緯度：35.6247０_{N、経度：140.1038}０_{E）観測サイ} トにあるスカイラジオメーターの 2012 年 1 月のデータを用いて、エアロゾルの光学的パラメータを推定しよう。（必要なデータは USB メモリにあります）

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参考文献

Aoki, K., and Y. Fujiyoshi, 2003: Sky radiomter measurements of aerosol optical properties over Sapporo, Japan. J. Meteorol Soc. Japan, 81, 493–513.

Nakajima, T., G. Tonna, R. Rao, Y. Kaufman, and B. Holben, 1996: Use of sky brightness measurements from ground for remote sensing of particulate polydispersions. Appl. Opt., 35, 2672−2686.

2012 年 9 月 日 ( 千葉大学.CEReS) 講師 : 樋口篤志 斎藤尚子 カトリ. プラデイープ 眞子直弘 第 6 回 VL 千葉大.CEReS エアロゾルと大気補正 Part A: スカイラジオメーターデータの標準解析方法 担当 : カトリ. プラデイープ