宇宙地球計測学

人工衛星によって取得される膨大なデータセットから適切に情報を抽出するためのデータ解析手法、将来ミッションで必要とされるリモートセンシング技術や正確なデータを得るための校正技術、および、大気科学を軸とした地球環境に関する研究を進めています。

データ解析手法の研究

1970年代頃から始まった地球観測衛星による観測は各国の様々な機関により継承され、長いものでは40年規模のデータが蓄積されています。これにより、北極海氷面積の減少など地球規模の気候変動の一端を捉え始めています。また、観測センサの空間・時間分解能の向上、波長情報の拡充、コンステレーション化による衛星数の増大、および新しい観測技術の進展などにより、データの多様化と大容量化が顕著になっています。このような膨大なデータセットから適切に情報を抽出するため、複数の衛星・センサ間の相互校正や、深層学習などの機械学習手法の適用に関する研究を行っています（下図：ひまわり8号の赤外輝度温度を入力データ、地上降水レーダによる降水域を教師データとして畳み込みニューラルネットワークを学習し、降水域の推定を行った研究例）。

リモートセンシング技術の研究

新たな知見の獲得には衛星搭載機器の発展が不可欠です。将来ミッションで必要とされるセンシング技術や正確なデータを得るための校正技術に関する研究を行います。将来のマイクロ波放射計では、空間分解能向上のためのアンテナ大口径化や人工電波干渉回避手段の実装などが必要と考えられます。電子的ビーム走査や波長選択による電波干渉回避を目指し、マイクロ波放射計のデジタル化について研究を行います。また、衛星搭載機器だけでなく、地上測器の高度化も重要です。全球測位衛星システム（GNSS）の信号を処理することにより水蒸気量などの地球大気・海洋の計測が可能ですが、近年進展が目覚ましい低コスト受信機を用いることで、さらに高密度な観測網の実現が可能と考え検討を進めています（下図左：GCOM-W搭載AMSR2のCバンドで観測される北米大陸における人工電波の影響、下図右：開口径6mのメッシュアンテナを有するNASAのSMAP衛星）。

地球環境研究

全球を偏りなく、定期的に網羅できる人工衛星観測は、地球規模の気候・環境に関する重要なデータを提供しています。多様な地球観測衛星データの時空間解析により、地球の水循環や雲・降水システムの特性把握など、大気科学を中心とした地球環境研究を行います。地球観測衛星データは日々の天気予報や黄砂予測などに組み込まれるなど、様々な分野で本質的な役割を担っています。しかし、実社会への貢献例はまだまだ多いとは言えません。地球観測衛星データから直接得られる情報と、エンドユーザが必要とする情報との間には情報の質や時間・空間分解能などの点で乖離があり、これをつなぐための研究も必要です（下図は、NASAのAquarius衛星で観測された月平均の海面塩分（左）と、マイクロ波放射計で得られた淡水フラックス（右）の比較例）。