長崎大学大学院 水産・環境科学総合研究科

河本研究室

 
河本研究室では、主に人工衛星データを用いて雲の性質についての研究を行っています。 特にここ数年、Cloud Profiling Radarと呼ばれる95GHzのレーダを搭載した衛星であるCloudSatデータを使った研究に取り組んでいます。CloudSatデータは雲層内部の鉛直構造の情報を与えてくれるので、従来の受動型光学センサーから得られる雲頂付近の特性や雲層積算量と組み合わせて、エアロゾル(大気浮遊微粒子)が、雲特性の変化を通して放射過程や降水過程に及ぼす影響について、これまでに無かった新しい知見の獲得を目指しています。

Table of contents



研究

    衛星搭載受動型可視・近赤外・赤外センサーデータを用いた雲特性の推定

    可視・近赤外・赤外の3波長の人工衛星データから低層の水雲の光学的厚さ、雲粒半径、雲頂温度を全球規模で推定する手法を開発した。光学的厚さは水の吸収の少ない可視反射光から、雲粒半径は水の適度な吸収のある近赤外反射光を用いる。1990年1月と7月のデータから概して光学的厚さは陸で厚く海で薄く、雲粒半径は陸で小さく海で大きいという結果が得られ、原因としてエアロゾルの間接効果が大きいと結論づけた。

    エアロゾル量と低層雲特性の関係の研究

    低層雲特性のエアロゾル量に対する依存性を調べるため、中国を対象として数値モデルによるエアロゾル量と衛星データの低層雲特性を比較した。一般にエアロゾル量が増えると雲の光学的厚さは増加し、雲粒半径は減少するというTwomey効果を支持する結果が得られた。しかし中国南部の光学的に厚い領域は対流域として知られているがエアロゾル量は少なく、粒子環境のみでなく力学場も考慮して理解すべき現象であることが示唆された。

    低層雲特性と降水量の関係の研究

    降雨に伴う雲の応答を調べるため、アマゾン周辺の雲データと降雨量データを比較した。非降水性の低層雲のみでは降雨量が多くなると雲粒半径は増加し、雲粒数密度は減少した。これは降雨のためにエアロゾルが除去され、清澄な大気状態で雲粒子が成長できるためと考えられる。しかし低層のみでなくトータルの雲の光学的厚さを降雨量と比較すると、対流雲など降水雲の寄与により両者には正の相関が得られ低層のみの場合と異なった。

    放射収支に及ぼす雲とエアロゾルと水蒸気の寄与の定量化の研究

    ある大気物理量の微小変化に対する地表の下向き太陽放射量(S)の変化をPotential Radiative Forcing (PRF)と定義し、雲・エアロゾル・水蒸気のPRFを放射伝達モデルを使って計算した。大気物理量の変化量を算出し、PRFを乗じることで、その大気物理量によるSの変化への寄与の定量化が簡便に可能となる。東アジア領域についてPRFを用いた放射解析を行ったところ、放射収支の精度の高い見積りにはエアロゾルの吸収特性の正確な取り込みが重要であることが示された。

    衛星搭載レーダを用いた雲層内部の粒子遷移の研究

    能動型測器Cloud Profiling Radarを搭載したCloudSatと受動型測器のMODISデータを解析し、アマゾンと中国上空の単層の水雲の中の雲粒子・霧粒粒子・降水粒子の遷移プロセスを調べた。横軸にレーダ反射率、縦軸に雲の光学的厚さを取り、雲粒数密度の範囲別に示したダイアグラムから、雲粒数密度が少なくなるに連れて雲粒子の併合が進み、雲粒半径が大きくなるとともに降雨強度が強くなること、またアマゾンでは中国より光学的に厚い部分で降水が生じていることがわかった。

業績

査読付き論文 等

Kawamoto, K., and K. Suzuki,
Comparison of water cloud microphysics over mid-latitude land and ocean using CloudSat and MODIS observations.
Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 122, 13-24, doi: 10.1016/j.jqsrt.2012.12.013. 2013

Kawamoto, K., and K. Suzuki,
Difference in Fractional Occurrences of Precipitation Categories in Terms of Cloud Properties.
IRS 2012: AIP Conference Proceedings 1531, 424, doi: 10.1063/1.4804797. 2013

兼保 直樹, 杉本 伸夫, 清水 厚, 山本重一, 河本和明,
ライダー観測によるダストの推定とエアロゾル地上観測によるエアロゾル質量濃度の比較
大気環境学会誌 Vol.47 No. 6,285-291. 2012  

Kawamoto, K., and K. Suzuki,
Microphysical transition in water clouds over the Amazon and China derived from space-borne radar and radiometer data.
Journal of Geophysical Research, 117, D05212, doi:10.1029/2011JD016412. 2012

Kawamoto, K., and T. Hayasaka,
Cloud and aerosol contributions to variation in shortwave surface irradiance over East Asia in July during 2001 and 2007.
Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 112, 2, 329-337, doi:10.1016/j.jqsrt.2010.08.002. 2011

Nishikawa, M., I. Mori, K. Takahashi, I. Matsui, N. Sugimoto, K. Kawamoto, Y. Wang, and S. Dong,
Short-Term Variations in Aerosol Components during the Same Asian Dust (Kosa) Event Observed in Nagasaki, Japan and Beijing, China. 
SOLA, 7A, 9−12, doi:10.2151/sola.7A-003. 2011

兼保直樹, 高見昭憲, 佐藤圭, 畠山史郎, 林政彦, 原圭一郎, 河本和明, 山本重一,
九州北部の離島および大都市部におけるPM2.5濃度の通年での挙動.
大気環境学会誌, Vol. 46, No.2, 111-118. 2011

Kawamoto, K., and T. Hayasaka,
Geographical features of changes in surface shortwave irradiance in East Asia estimated using the potential radiative forcing index.
Atmospheric Research, 96, 337-343, doi: 10.1016/j.atmosres.2009.09.016. 2010

Kawamoto, K., and T. Hayasaka,
Introducing potential radiative forcing (PRF) for quantifying the Earth radiation budget.
IRS 2008: Current Problems in Atmospheric Radiation, T. Nakajima, and M. A. Yamasoe (editors), 541-544. 2009

Kawamoto, K.
Effect of precipitation on water cloud properties over China.
Geophysical Research Letters, 35, L20811, doi:10.1029/2008GL035052. 2008

Kawamoto, K., and T. Hayasaka,
Relative contributions to surface shortwave irradiance over China: A new index of potential radiative forcing.
Geophysical Research Letters, 35, L17809, doi:10.1029/2008GL035083. 2008

Kawamoto, K., T. Hayasaka, I. Uno, and T. Ohara,
A correlative study on the relationship between modeled anthropogenic aerosol concentration and satellite-observed cloud properties over East Asia.
Journal of Geophysical Research, 111, D19201, doi:10.1029/2005JD006919. 2006

Kawamoto, K., T. Inoue, H. Lutz, and J. Schmetz,
Retrieval of optical thickness and effective particle radius of thin low-level water clouds using the split window of Meteosat-8.
SOLA, 2, 144-147, doi:10.2151/sola.2006‒037. 2006

Kawamoto, K.
Relationships between cloud properties and precipitation amount over the Amazon basin.
Atmospheric Research, 82, 239-247, doi:10.1016/j.atmosres.2005.10.007. 2006

Hayasaka, T., K. Kawamoto, G. Shi, and A. Ohmura,
Importance of aerosols in satellite-derived estimates of surface shortwave irradiance over China.
Geophysical Research Letters, 33, L06802, doi:10.1029/2005GL025093. 2006

Kawamoto, K., T. Hayasaka, and I. Uno,
Correspondence of the low cloud microphysics to the aerosol amount over China.
IRS 2004: Current Problems in Atmospheric Radiation, H. Fischer, and B. J. Sohn (editors), 443-445. 2005

Hayasaka, T., K. Kawamoto, J. Xu, and G. Shi,
Long-term trend of surface shortwave radiation over China.
IRS 2004: Current Problems in Atmospheric Radiation, H. Fischer, and B. J. Sohn (editors), 395-398. 2005

Kawamoto, K., T. Hayasaka, T. Nakajima, D. Streets, and J. Woo,
Examining the aerosol indirect effect over China using an SO2 emission inventory.
Atmospheric Research, 72, 353-363, doi:10.1016/j.atmosres.2004.03.028. 2004

Suzuki, K., T. Nakajima, A. Numaguti, T. Takemura, K. Kawamoto, and A. Higurashi,
A study of the aerosol effect on a cloud field with simultaneous use of GCM modeling and satellite observation.
Journal of the Atmospheric Sciences, 61, 179-194. 2004

Kawamoto, K., and T. Hayasaka,
Low cloud optical properties viewed from satellites over East Asia.
Proceedings of 3rd International Symposium on Geophysics, Tanta, Egypt, 558-563. 2004

Kawamoto, K., and Nakajima, T.,
Seasonal variation of cloud particle size as derived from AVHRR remote sensing.
Geophysical Research Letters, 30, 15, 1810, doi:10.1029/2003GL017437. 2003

Nakajima, T., M. Sekiguchi, T. Takemura, I. Uno, A. Higurashi, D. H. Kim, B. J. Sohn, S.-N. Oh, T. Y. Nakajima, S. Ohta, I. Okada, T. Takamura, and K. Kawamoto,
Significance of direct and indirect radiative forcings of aerosols in the East China Sea region.
Journal of Geophysical Research, 108, D23, 8658, doi:10.1029/2002JD003261. 2003

Sekiguchi, M., T. Nakajima, K. Suzuki, K. Kawamoto, A. Higurashi, D. Rosenfeld, I. Sano, and S. Mukai,
A study of the direct and indirect effects of aerosols using global satellite datasets of aerosol and cloud parameters.
Journal of Geophysical Research, 108, D22, 4699, doi:10.1029/2002JD003359. 2003

Chuang, C.C., J.E. Penner, J. E., J.M. Prospero, K.E. Grant, G.H. Rau, and K. Kawamoto,
Cloud susceptibility and the first aerosol indirect forcing: Sensitivity to black carbon and aerosol concentrations.
Journal of Geophysical Research, 107, D21, 4564, doi:10.1029/2000JD 000215. 2002

Kawamoto, K., T. Nakajima, and T. Y. Nakajima,
A Global Determination of Cloud Microphysics with AVHRR Remote Sensing.
Journal of Climate, 14, 2054-2068, doi: 10.1175/1520-0442(2001)014<2054:AGDOCM>2.0. CO;2. 2001

Nakajima, T., A. Higurashi, K. Kawamoto, and J. E. Penner,
A possible correlation between satellite-derived cloud and aerosol microphysical parameters.
Geophysical Research Letters, 28, 7, 1171-1174, doi: 10.1029/2000GL012186. 2001

Kawamoto, K., and T. Nakajima,
Global distribution of the water cloud microphysics derived from AVHRR remote sensing.
IRS 2000: Current Problems in Atmospheric Radiation, W. L. Smith, and Y. M. Timofeyev (editors), 13-16. 2001

Kawamoto, K., and T. Nakajima,
Global cloud property analysis using satellite remote sensing.
Optical remote sensing of the atmosphere and clouds II, Oct. 2000, Sendai, Japan, Y. Sasano, J. Wang, and T. Hayasaka, (editors), Proceedings of SPIE 4150, 200-207. 2001

Suzuki, K., T. Nakajima, A. Numaguti, T. Takemura, K. Kawamoto, and A. Higurashi,
Effect of aerosols on cloud field with satellite-derived data and GCM simulation.
Optical remote sensing of the atmosphere and clouds II, Oct. 2000, Sendai, Japan, Y. Sasano, J. Wang, and T. Hayasaka, (editors), Proceedings of SPIE 4150, 349-356. 2001

Melnikova, I. N., Z. M. Dlugach, T. Nakajima, and K. Kawamoto,
Calculation of the reflection function of an optically thick scattering layer for a Henyey-Greenstein phase function.
Applied Optics, 39, 24, 4195-4204. 2000

Kawamoto, K., and T. Nakajima,
Seasonal variability of cloud microphysics retrieved from NOAA/AVHRR.
Advances in Space Research, 24, 945-948. 1999

解説 等

河本和明,
雲と人間活動. 
地球環境学事典, 30-31, 総合地球環境学研究所編, 弘文堂, pp. 651. 2010

河本和明,
リモートセンシング質問箱 第10回 大気による散乱(分子散乱、ミー散乱).
日本リモートセンシング学会誌, 30, 173-175. 2010

河本和明,
エアロゾルと雲と雨. 
地球の処方箋, 156-159, 総合地球環境学研究所編, 昭和堂, pp. 211. 2008

河本和明,
リモートセンシングによるエアロゾル間接効果の検出.
エアロゾル研究, 18, 4, 247-252. 2003

Nakajima, T., A. Higurashi, K. Kawamoto, and T. Takemura,
Effects of man-made air pollution on the climate.
Present and Future of Modeling Global Environmental Change Toward Integrated Modeling, T. Matsuno, and H. Kida, (editors), Terra Scientific Publishing Company, 77-87. 2001

博士論文

On the global distribution of the water cloud microphysics derived from AVHRR remote sensing.
東京大学大学院 理学系研究科 地球惑星物理学専攻, 博理第3558号. 1999

経歴

学歴:
1993年3月 立教大学 理学部 卒業 
1999年3月 東京大学大学院 理学系研究科博士課程 修了 
       博士(理学)

職歴:
1999年 5月 バージニア工科大学 機械工学部 リサーチサイエンティスト 
       (NASA ラングレー研究センター 博士研究員) 
2002年 3月 総合地球環境学研究所 研究部 助手 
2007年 4月 長崎大学 環境科学部 准教授 
2013年10月 長崎大学大学院 水産・環境科学総合研究科 教授

連絡先

〒852-8521
長崎市文教町1-14
長崎大学大学院 水産・環境科学総合研究科
河本 和明 
Email: kazukawa at nagasaki-u.ac.jp