衛星搭載型赤外線センサによる火山観測

Volcano observation using space borne infrared sensors

産総研地質調査総合センター 浦井 稔

Minoru Urai, Geological Survey of Japan, AIST

urai-minoru@aist.go.jp

内容

• はじめに

– 衛星搭載型赤外線センサの位置づけ

– 現在、利用可能な衛星搭載型赤外センサ

– 観測頻度・観測幅と空間分解能の関係

• 衛星搭載型赤外線センサで観測可能な火山活動

– 熱異常の検出

– 噴煙高度の推定

– SO2放出量の推定

– 火山灰の検出

• まとめ

はじめに

• 火山観測におけるリモートセンシングの役割– 火山観測の一つの手法

– 特徴• 利点：広域的･周期的･定量的

• 欠点：観測対象が大気中および火山表面に制限

• 観測できる火山活動(波長別)– 紫外域

• SO2– 可視

• 地形・地質判読、噴煙、DEM、変色海水など

– 赤外• 熱異常、噴煙高度、火山灰、SO2など

– マイクロ波• 地殻変動など

はじめに

• 現在、利用可能な衛星搭載型赤外センサ– MTSAT 4バンド、4km、30分毎、無料

– AVHRR 4バンド、1.1km、 12時間毎(2機) 、無料

– MODIS 25バンド、0.5－1km、12時間毎(2機) 、無料

– Landsat 4バンド、30－60m、8日毎、無料

– ASTER 11バンド、15－90m、8日毎、有料

はじめに

1 10 100 1000Spatial resolution (m)

1

10 ASTER4-16 days15-90 mR

epea

t cyc

le

PRISM46 days2.5 m

AVNIR-22 - 46 days

10 m

MODIS1 day

250-1000 m

HRG4-26 days2.5 – 20mIKONOS

2-11days1-4 m

FORMASAT-21 day

2 - 8 m

ETM+16 days

15 - 60 m

衛星搭載型光学センサの観測頻度と空間分解能の関係

はじめに

衛星搭載型光学センサの観測幅と空間分解能の関係

1 10 100 1000Spatial resolution (m)

10

100

Swat

h (k

m)

PRISM30 – 70 km

2.5 m

ETM+180 km

15 - 60 m

MODIS2200 km

250-1000 m

1000

IKONOS11km

1 – 4 m

HRG120 km

2.5 – 20 m

ASTER60 km

15-90 m

FORMASAT-224 – 62 km

2 - 8 m

AVNIR-270 km10 m

熱異常の検出

新たに噴出した溶岩の熱異常

2005年10月30日に観測されたASTER VNIR画像

2005年11月2日に観測されたASTER TIR画像

熱異常の検出

新たに噴出した溶岩の熱異常

2005年10月30日に観測されたASTER VNIR画像と11月2日に観測されたTIRの温度異常

溶岩の堆積面積全体：16.3km2

カルデラ内部：14.2km2

現地調査溶岩の堆積面積

カルデラ内部：14km2

熱異常の検出

SRTM DEMVNIR+TIR

12km地形と熱異常から溶岩噴出地点を推定

熱異常の検出

雲仙1991－1995年噴火に伴う熱異常ランドサット7TMバンド7の夜間観測データ (Urai, 2000)

1000m

800m

▲Fugen-dake

1200m

600m 400m

400m

Lava dom e

130°18'E130°17'E 130°19'E 130°20'E

32°46'N

32°45'N

34°N ,132°E

32°N ,129°E

0 0.5 1 1.5 2km

熱異常の検出熱異常の面積と溶岩噴出率の相関

Hot area derived form

Landsat (km2)

H ot area change w ith tim e at U nzen V olcano

0

0 .2

0 .4

0 .6

0 .8

9 1 9 2 9 3 9 4 9 5 9 6

T M 7 Ov e r 1 2 0

Nakada and Shimizu (1995)

熱異常の検出

3

7 6

4S4N

(c)

1992年6月11日にLandsatバンド5とバンド7で観測された雲仙火山の熱異常

熱異常の検出

150

200

250

300

200 250 300 350 400

Tem

per

atur

e d

eriv

ed

from

TM

7

450Temper at ur e der ived f rom TM5

1992年6月11日にLandsatバンド5とバンド7で観測された雲仙火山の熱異常

熱異常の検出

1992年6月11日にLandsatバンド5とバンド7で観測された雲仙火山の熱異常

150

200

250

300

200 250 300 350 400 450

100-400

100-1000

200-400

200-1000

TM7

TEM

P

TM5 TEMP

T, 1 T1, f

T2, 1-f

30m

U niform Tem perature D istribution M odel

D ual Tem perature D istribution M odel

熱異常の検出

ランドサットTMバンド７で観測可能な高温対象

T, 1 T1, f

T2, 1-f

30m

U niform Tem perature D istribution M odel

D ual Tem perature D istribution M odel

熱異常の検出

2006年10月4日観測のホームリーフ海底火山周辺のASTER画像

熱異常の検出

2006年10月4日観測のホームリーフ海底火山周辺のASTER画像

VNIR画像 温度画像

熱異常の検出

2006.11.12 ASTER

2006.10.4 ASTER

2006.10.17 AVNIR-2

2006.9.1 AVNIR-2

SO2放出量の推定

SO2を含む大気と含まない大気の透過率

( ) λλλλλλ πλττε

πλεττ ,

221,2

),(1)1(),(u

sosodso RTBRTBR +−+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=

0

0.2

0.4

0.6

0.8

8 9 10 11 12

SO2 0g/m2

SO2 10g/m2

Wavelength

センサ

SO2

大気

地表/海面

SO2含む大気の放射伝達モデル

SO2放出量の推定

ASTERによるSO2放出量算定フローチャート

ASTER TIR

MODTRAN

二次元的SO2分布

MODTRAN

噴煙高度

SO2放出量算出

ASTER stereo pair

風速

大気プロファイル

噴煙高度･風速抽出

海面温度

SO2放出量

B13 B11

SO2放出量の推定

ASTERによって2000年11月8日に観測された二次元カラムSO2量

ASTERによって2000年11月8日に観測されたの三宅島のSO2放出量

0

1 104

2 104

3 104

4 104

5 104

6 104

7 104

0 5 10 15 20 25

(Urai, 2004 ）

火山灰の検出

安山岩の粉末(火山灰)と氷(雲)の透過率(Watson et al., 2004)

054 <−=Δ BTBTTセンサ

火山灰と雲の識別が重要11μm帯と12μm帯の輝度温度の差が負なら火山灰(Prata, 1989)

火山灰

大気

地表/海面

まとめ

• 衛星搭載型赤外線センサは熱異常、噴煙高度、SO2および火山灰の検出が可能– 火山防災

• 単独のセンサで得られる情報は限られる– 波長・空間分解能の異なるセンサの情報を組み合わせ

• 100m以下のセンサはASTER以降の運用計画が無い– 衛星搭載型高空間分解能赤外センサの開発が望まれる