宇宙航空研究開発機構 地球観測研究センター
2017年1月
全球降水観測ミッション（GPM）
全球合成降水マップ（GSMaP）
プロダクトバージョン04
（アルゴリズムバージョン7）
リリースノート
はじめに
全球降水観測ミッション（GPM）全球合成降水マップ（GSMaP）
は、2017年1月17日に、プロダクトバージョン04
（アルゴリズムバージョン7）にバージョンアップしました。
2014年3年以降の期間は、2017年3月までに再処理予定です。
その後、2000年3月以降の期間の再処理に着手します。
プロダクトバージョン04（V04A）の主なプロダクトの改良点は以
下です。
1. GPM/DPRの観測結果を、GSMaPのデータベースとして活用す
ることによる降水推定手法の改良
2. 降雪推定手法ならびにNOAA海氷・積雪データの導入による高
緯度域での降水推定手法の改良
3. 準リアルタイムならびに標準プロダクトの雨量計補正アルゴリ
ズムの改良
4. 地形性降雨補正手法の改良
5. 雲水量の考慮による海上の弱い降水の検出手法の改良
本リリースノートでは、改良点の概要と評価結果を紹介します。
全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの定義 日米個別に作成する。日本のNational Productであり、1ファイルの中に、1時間降 雨量（GSMaP_MVK）と雨量計補正1時間降雨量（GSMaP_Gauge）を格納する。 プロダクト 名 物理量名 空間分解能 時間分解 能 提供遅れ 補正 標準全球合成 降水マップ （L3Map） 1時間降雨量 （GSMaP_MVK） 0.1×0.1度格子 1時間/1ヶ月 観測終了から3日後 無し 雨量計補正1時間降雨量 （GSMaP_Gauge） 日雨量計 データによ り補正 プロダクト名 物理量名 空間分解能 時間分解能 提供遅れ 補正 準リアルタイ ム全球合成降 水マップ （L3R） 1時間降雨量 （GSMaP_NRT） 0.1×0.1度格子 1時間 観測終了から4時間後 無し 雨量計補正1時間降雨量 （GSMaP_Gauge_NRT） 誤差係数を適用して補正 標準処理プロダクト 準リアルタイム処理プロダクト
GSMaPプロダクトの定義（1/2）
GSMaPプロダクトの定義（2/2）
全球降水マッププロダクト ＋雨量計補正プロダクト 各マイクロ波放射計 による降水量データ マイクロ波放射計合成 赤外放射計 赤外・マイクロ波放射計 複合アルゴリズム・ 雨量計補正アルゴリズム GSMaP マイクロ波放射計アルゴリズム TRMM PR 降雨レーダ GPM主衛星 DPR データ ベース 静止衛星 マイクロ波イメージャ・サウンダGSMaPアルゴリズム全体の流れ
GCOM-WAMSR2 SSM/I, SSMISDMSP
GPM主衛星
アルゴリズム開発結果 ベースラインコード（2012年3月提出） 当時、定常運用していたGSMaPアルゴリズム（Ver.5.222）をベースとして、インタフェー スをGPM用に変更 打上げ時コード（2013年5月提出） LUTの計算頻度向上（1日1回→1日4回） 準リアルタイムアルゴリズムでの気象庁予報値利用 AMSR2降水量標準プロダクト用アルゴリズムをベースに、マイクロ波イメージャアルゴリズ ムを改良（新しい陸上アルゴリズム、海岸判定スキームを含む） 地形性降雨補正を開発 データベースを更新（陸上降雨判定、地表面射出率を含む） 陸上用マイクロ波サウンダアルゴリズムを開発 雨量計補正アルゴリズムを開発 バージョン3プロダクト用コード（2014年7月提出） GMIの導入と評価（打上げ6ヶ月後） GPM L1Cプロダクト（GMIに校正した輝度温度）の評価（打上げ6ヶ月後） 準リアルタイムアルゴリズムにおける雨量計補正コードの検証と改善（打上げ6ヶ月後） バージョン4プロダクトの改善項目 （1）PRデータを利用した既存データベースから、DPRデータを利用したデータベースへのスム ースな移行（打上げ2年後） （2）GMIやマイクロ波サウンダの高周波チャネルを利用した、高緯度域での降水推定精度の向上 （打上げ2年後）
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(2) バージョン4プロダクトの改訂点
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果 (1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （1/8）
（1）PRデータを利用した既存データベースから、DPRデータを利用し
たデータベースへのスムースな移行
GSMaPでは下記のデータベースが降水推定のために使われており、
バージョン4からDPRデータを利用したデータベースを導入する
ルックアップテーブル作成のための降水物理モデル （1.a）降水タイプデータベース （1.b）降水プロファイルデータベース （1.c）雨滴粒径分布データベース （1.d）降雨有無判定のデータベース2014年4月～2016年3月までの2年間の期間から、GSMaP用のデータ
ベースを作成した。
2年間と期間が限定されるため、二周波観測領域だけでは観測数が限定さ れること、バージョン4で二周波アルゴリズムが大きく改良され、その評 価に時間が必要なこと、を踏まえ、バージョン4ではDPR/KuPRプロダク トから、データベースを作成する。 バージョン5では、GPM/DPR二周波プロダクトを使用したデータベース を採用予定。ルックアップテーブル作成 降水強度初期値推定（85GHz） 降雨の非一様性推定 ルックアップテーブル修正 降水強度最終推定値
緯度経度
輝度温度
気温プロファイル （及び、0℃高度） SST • 放射伝達計算により作成 • 輝度温度 対 降水強度の 関係を表す • 緯度経度5度格子、6時間毎GANAL
海上
陸上
衛星データ読み込み ・輝度温度（e.g. ９チャンネル） ・緯度・経度情報 海陸判定 気象庁客観解析データ 降水強度推定（放射法＆散乱法） 1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果 (1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （2/8）マイクロ波放射計アルゴリズムの流れ
(1.d) DPR-GMI によるデータベー スの導入 (1.a) 降水タイプデータベース (1.b) 降水プロファイルデータベース (1.c) 雨滴粒径分布データベース降水物理モデル
降水強度推定
（散乱法）
降雨有無判定
降水タイプ分類
（1.a）降水タイプデータベース （1.b）降水プロファイル データベース Rainfall rate [mm/h] H ei g h t fr o m 1 d eg le v el [ k m ] 1℃ level 降水プロファイルデータの例： TRMM PRの降水プロファイルデータを、 降水タイプ・降水強度別・対流層状別に平均した データ →放射伝達モデルに入力することで マイクロ波放射計アルゴリズムに活用 (陸上) 0: 激しい雷雨, 1: 夕立, 2: 浅い雨, 3: 温帯低気圧の前線の雨, 4: 組織化した雨, 5: 高地の雨 (海上) 6: 浅い雨, 7:温帯低気圧の前線の雨, 8:遷移域, 9:広域海上の組織化した雨 TRMM 降雨データから、2.5度グ リッド, 3ヶ月ごと、10タイプ（陸上 6, 海上 4）で分類降水プロファイル作成
TRMM/PRの統計情報や降雨量/発雷比（PR & LIS）から降水 タイプを分類する手法を開発（Takayabu 2008） 1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果 (1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （3/8）“Extratropical frontal systems”の1種である中緯度タイプを
Extratropical frontal systemsとStationaryに細分
10 タ イ プ 12 タ イ プ バージョン3以前 中・高緯度はTRMMの範囲外のため、 TRMM観測範囲内の“Extratropical frontal systems”を中高緯度まで適用 バージョン4 中・高緯度を中緯度タイプを
Extratropical frontal systemsとStationary に細分し、降雨タイプ分類手法を高度化 1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果 (1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （4/8）
（1.a）降水タイプ分類データベース
TRMMでは軌道傾斜角35度の太陽非同期軌道であったため,
GPM/DPRにより, 中高緯度は衛星搭載降水レーダによる世界初の観
測領域となる
→客観解析データも組み合わせ、中高緯度の降水タイプを分類する手
法を開発（東大 高薮・濱田）
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果 (1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （5/8）
（1.b）降水プロファイルデータベース
降水タイプ分類に基づき、2年間のDPRデータを統計解析し、降水タイプ、 降水強度ごとにプロファイルデータベースを作成した（東大 高薮・濱田）。 海上の「浅い雨」のプロファイルはPRとDPRで違いが大きく、またそれによりGSMaPの降水 推定にも影響が大きいことがわかった。 PRとDPRの間の降水レーダアルゴリズムの違いによるものと考えられるが、チューニングに 時間が必要となるため、今回の採用は、時期尚早と判断した。 バージョン4では、海上の「浅い雨」のプロファイルはPRを維持し、他のタ イプではDPRを採用する。 降水強度（mm/hr） 降水強度（mm/hr） 1 ℃ 高度からの相 対的な 高さ （km ） 1 ℃ 高度からの相 対的な 高さ （km ） 海上の「組織化した雨」タイプ 海上の「浅い雨」タイプ 黒：PR 赤：DPR 黒：PR 赤：DPR1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （6/8）
(1.c) 雨滴粒径分布（DSD）データベース
本バージョンではKozu et al. (2009), Aonashi et al. (2009)に基づく、 TRMM/PRと同様の手法をDPR/KuPRに適用してデータベースを作成した （EORC 山地・久保田） DPRの観測によりDSDの観測領域が中緯度に拡張された。 次バージョン以降で、DPRの二周波観測の特性を生かしたDSDデータベー スを導入予定。
PR/KuPR 対流性降水の
DSDパラメータ（epsilon）
Z-R関係( Z=aR
b)の係数
“a”を降水タイプごとに算出
（bは固定）
aをDSDパラメータとして
RTM計算で利用する
DSDデータベースの構築と利用 対流性降雨の雨滴粒径分布パラメータaの分布 （aが大きいほど、雨滴の平均直径が大きくなる関係） 降水タイプごとの統計値を採用 TRMM 観測域1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果 (1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （7/8）
(1.d)降雨有無判定データーベース
マイクロ波放射計アルゴリズムでは、観測輝度温度から、降雨の有無を判定する手法 が必要 陸上では、TRMM/PRによる陸上の正確な降雨判定を利用してTMIから求めるデータベ ースをもとに判定する手法を開発した（Seto et al. 2005）。 TRMM観測範囲外ではこの手法が適用できない。そのため、極軌道衛星では、絶対値 誤差和を最小にする直線近似手法を開発した（Seto et al. 2008）ものの、Seto et al. (2005)の手法より精度が劣っていた。Seto et al. (2005)の手法を、DPR/GMIの同時観測に適用することで中高緯度の降 雨有無判定の高精度化を図る 降雨判定アルゴリズム 平均値 ・ 標準 偏差 8 5 G H z 2 2 G H z複合 無降雨時の輝度温度 データベース データベースを用いた陸上降雨判定アルゴリズム開発 (Seto et al., 2005） PRによる陸上の 正確な降雨判定 無降雨時のマイク ロ波放射計の輝度 温度データベース 化が可能になった TRMM(PR-TMI) 同時観測 誤答率（ピクセル数定義） 正答率 （ 降雨 量定義 ） 精度 低 高 NASA GPROFで利用している 手法に比べて，判定精度が改善 陸上降雨判定 手法に利用 （陸面放射の変動が激 しいため、陸上は降雨 判定が難しい領域）
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果 (1.1) バージョン4プロダクトの改訂点（DPRデータベースの利用） （8/8）
（1.d）DPR/GMIによる降雨有無判定のデータベースの作成、マイクロ
波放射計への適用、DPRによる評価（長崎大・瀬戸）
GPM
用データベース
a
b
s
1月の例 TB(89V)～a+b×TB(23V) GMI用のマイクロ波 放射計アルゴリズ ムに適用 GPROF V4 本手法 DPRを基準に、本手法と米国が開発 したGPROFアルゴリズムと比較 ・本手法はGPROF V4（2016年3月リ リース）と同等の水準 ・GPROF V3（2014年9月）よりも高 精度（図は省略）1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.2) バージョン4プロダクトの改訂点（高緯度域） （1/5）
（2）GMIやマイクロ波サウンダの高周波チャネルを利用した、高緯度
域での降水推定精度の向上
これまでは降雪はすべて欠損値としていた。
Prof. G. Liu（フロリダ州立大学）が開発した降雪推定手法をGMI
とSSMISに導入した（EORC 久保田）。
客観解析データをもとに雨雪を判定する手法（Sim and Liu 2015） 観測輝度温度と雲・降水レーダデータの統計的関係を構築し、それを ルックアップテーブルとして、降雪確率ならびに降雪強度を推定する 手法（Liu and Seo 2013）
さらに、NOAA/NESDIS Snow/Ice Cover Maps (autosnow)を新
たに入力に追加し、高緯度域での偽の降水シグナルの除去を図った
（EORC 久保田） 。
autosnowは全センサの入力に追加→AMSR2やSSM/Iのようなイメー ジャアルゴリズムでも高緯度域で見られる偽の降水シグナルの除去手 法を改良
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.2) バージョン4プロダクトの改訂点（高緯度域）
（2/5）雨雪判定手法 （Sims and Liu
2015） • 降雪確率 • 降雪強度 降雪確率・降雪強度 推定手法 降雪用ルックアップデーブル - 観測輝度温度を主成分解析し、第3 主成分まで求める。 - 第1～3主成分を観測輝度温度に投影 した係数による位相空間で、 GPM/KuPR-CloudSatマッチアップ データを用いて、降雪確率 （CloudSat dBZe>-15）と降雪強 度（CPR & KuPR）の分布を計算し、 ルックアップテーブルとする。
CloudSat-GPM Coincidence Dataset
（GPM主衛星とCloudSat衛星の同時観測事
例を集めたデータセット。Dr. Joe Turk
（NASA/JPL）が作成。）
雪と判断
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.2) バージョン4プロダクトの改訂点（高緯度域） （3/5）
GSMaP GSMaP + Liu 灰色：欠損値 • Snow-Rain Separationmethod (Sims and Liu 2015)
• Snowfall
estimation (Liu and Seo 2013)
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.2) バージョン4プロダクトの改訂点（高緯度域） （4/5）
V03でのGMIに よる降水量 （2015年1月平均） V04でのGMIに よる降水量 （2015年1月平均） • ユーラシア大陸お よびアメリカ大陸 上で降雪推定に伴 う降水量が増加 • ユーラシア大陸および アメリカ大陸上で降雪 が検出できない or 欠 損値（灰色）となって いる1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.2) バージョン4プロダクトの改訂点（高緯度域） （5/5）
（参考）DPR二周 波プロダクトによ る降水量（2015 年1月） （参考） DPR/KuPRプロダ クトによる降水量 （2015年1月） • ユーラシア大陸上 でDPRとGMIを比 較すると、似た水 平分布＆似た降水 量となっている。1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.3) バージョン4プロダクトの改訂点（既存手法の改良） （1/6）
（３）既存の手法の主要な改良点
（3.a）準リアルタイム雨量計補正アルゴリズムの改良（大阪
大 牛尾・妻鹿）
（3.b）標準雨量計補正アルゴリズムの改良（大阪大 牛尾・
妻鹿）
（3.c）地形性降雨補正の改良（京大 重・山本）
（3.d）雲水量の考慮による海上の弱い降水の検出手法の改良
（気象研 青梨）
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.3) バージョン4プロダクトの改訂点（既存手法の改良） （2/6）
（3.a）準リアルタイム雨量計補正アルゴリズムの改良（
大阪大 牛尾・妻鹿）
1日に1度、過去30日分から補正係数を算出する。その
補正係数を、定常的に、過去24時間分にGSMaP_NRT
に適用することで、準リアルタイムに雨量計補正を行
う。
準リアルタイム雨量計補正アルゴリズムのフローチャート 雨量計補正係数1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.3) バージョン4プロダクトの改訂点（既存手法の改良） （3/6）
（3.a）準リアルタイム雨量計補正アルゴリズムの改良（
大阪大 牛尾・妻鹿）
同じマイクロ波放射計リトリーバルを入力して評価した結果 陸上帯状平均（2015年1月平均） V03準リアルタイム雨量 計補正 V04準リアルタイム雨量 計補正 雨量計補正無し V03準リアルタイム雨 量計補正の不自然な過 大評価が解消 気象庁レーダアメダス解析雨量とのRoot Mean Square Error (RMSE)による検証 （2015年1月1日～31日） 日付精
度
が
よ
い
V03準リアルタイム雨量 計補正 雨量計補正無し V04準リアルタイム雨量 計補正 V04準リアルタイム雨量計補正の RMSEが最小で、V04準リアルタ イム補正の効果を確認した。1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.3) バージョン4プロダクトの改訂点（既存手法の改良） （4/6）
（3.b）標準雨量計補正アルゴリズムの改良（大阪大 牛尾・妻鹿）
NOAA/CPC雨量計データセットは、雨量計がない格子点も空間内挿に
より値を提供しているが、信頼性が低い。
バージョン3では、信頼性の低いデータも雨量計補正に用いた。バー
ジョン4では、そのような地点では雨量計補正を行わないように修正
した。
NOAA/CPC雨量計データ セットで用いられている雨量 計の個数分布 雨量計補正後と雨量計補正前の降水量の差 （2015年7月） バージョン3 バージョン4 アフリカでは雨量計がほとんどないのにも関わらず、バージョン3では広範囲に補正されている が、バージョン4ではその補正が大幅に制限されている。1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.3) バージョン4プロダクトの改訂点（既存手法の改良） （5/6）
（3.c）地形性降雨補正の改良（京大 重・山本）
バージョン3では、地形性降雨補正手法で、地形性降雨が起きている
地域以外にも適用される傾向があった。バージョン4では、手法を改
良し、より適切な地域のみに適用されるように改良した。
バージョン3の手法 バージョン4の手法 バージョン4では、地形性降雨の検出手法で、地形による強 制上昇wを平均水平風速Uの関数で制限するように改良 補正手法が適用 された地域（赤） 補正手法が適用 された地域（赤） バージョン4の方が地上雨量計のパターンとより近い（図省略）1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.3) バージョン4プロダクトの改訂点（既存手法の改良） （6/6）
（3.d）雲水量の考慮による海上の弱い降水の検出手法の改良（気象研
青梨）
37GHzの輝度温度より雲水量を推定し、それによりRTM計算値を修
正することで、弱い降水の検出を改良。
従来の手法による
TRMM/TMI
TRMM/PR
2013年10月のTRMMデータで比較改良の手法による
TRMM/TMI
東部太平洋で、改良手法により、海上の弱い降雨が検出され、 TRMM/PRの分布に近づいた。1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(1.4) バージョン4プロダクトの改訂点（まとめ）
改良点 詳細 効果 GPM主衛星 データの活 用 降水タイプDB、 プロファイルDB 雨滴粒径分布DB 全球的に影響するが、特にTRMM範囲 外の中高緯度で、影響が大きい 陸上降雨判定 高緯度域で の降水推定 精度の向上 降雪推定手法の導入 気温が低い地域で大きく影響する NOAA海氷・積雪データの導入に よる偽の降雪除去手法の導入 海氷や積雪が起こる地域で大きく影響 する 既存の手法 の改良 準リアルタイム雨量計補正アルゴ リズムの開発 全球的に精度が向上 標準雨量計補正アルゴリズムの改 良 雨量計の個数が少ない熱帯（特に、ア フリカ域）で影響が大きい 地形性降雨補正の改良 海岸付近の熱帯湿潤域（インド、台湾 等）で影響がある 雲水量の考慮による海上の弱い降 水の検出手法の改良 亜熱帯海上で影響が大きい1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（1/8）
V03
V04
陸上 [DPR] [V03(03E)] [V04(04A)] 海上 [DPR] [V03(03E)] [V04(04A)]
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（2/8）
マイクロ波放射計11台を合成した降水量の帯状平均値の比較（2015年1月） 偽の降雪シグナル の除去が成功1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（3/8）
V03
V04
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（4/8）
マイクロ波放射計10台を合成した降水量の帯状平均値の比較（2014年7月） 陸上 [DPR] [V03(03E)] [V04(04A)] [PR] 海上 [DPR] [V03(03E)] [V04(04A)] [PR]1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（5/8）
GSMaP_MVK [雨量計補正無] GSMaP_Gauge （雨量計補正 された降水量） V04での標準プロダクトの降水量（2015年1月平均）陸上 [DPR] [03E MVK] [03E Gauge] [V04 MVK] [V04 Gauge] 海上 [DPR] [03E MVK] [03E Gauge] [V04 MVK] [V04 Gauge]
1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（6/8）
標準プロダクトの降水量の帯状平均値の比較（2015年1月）1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（7/8）
V04での標準プロダクトの降水量（2014年7月平均） GSMaP_MVK [雨量計補正無] GSMaP_Gauge （雨量計補正 された降水量）1. 全球合成降水マップ（GSMaP）プロダクトの改訂・検証結果
(3) バージョン4プロダクトの試験処理結果（8/8）
陸上 [DPR] [PR] [03E MVK] [03E Gauge] [V4MVK] [V4Gauge] 海上 [DPR] [PR] [03E MVK] [03E Gauge] [V4MVK] [V4Gauge] 標準プロダクトの降水量の帯状平均値の比較（2014年7月）0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
1-Jul-14 16-Jul-14 31-Jul-14 15-Aug-14 30-Aug-14
R MS E (m m /h o u r) Date [V03 vs V04] Jul-Aug 2014 (RMSE) 04A_rain_RMSE (hourly) 03E_rain_RMSE (hourly) 04A_gauge_RMSE (hourly) 03E_gauge_RMSE (hourly) 04A_rain_15-day running mean 03E_rain_15-day running mean
