2026年（令和8年）1月20日

国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
東京大学
九州大学

 宇宙航空研究開発機構(JAXA)は、東京大学大気海洋研究所、九州大学応用力学研究所と共同で、2024年5月に打ち上げられたEarthCARE衛星（※1）に搭載された雲プロファイリングレーダ「CPR」と、高解像度全球雲解像モデル「NICAM」（※2）を用いた比較研究を行いました。当研究は、これまで容易ではなかった雲の中の鉛直方向の運動評価を衛星観測とモデル「NICAM」の組み合わせによって明らかにし、将来の気候予測や、豪雨などの極端現象の予測高度化に貢献するものです。

 本研究の目的は、衛星観測から得られるドップラー速度（※3）データを解析し、雲中の氷粒子の落下速度や大気の鉛直運動に関するメカニズムを明らかにすることです。具体的な手法として、スーパーコンピュータを用いたNICAMの高解像度シミュレーションからCPRが観測するレーダ信号を模擬し、実際の観測データと相互比較しました。（図2）その結果、中緯度の低気圧に伴う前線や熱帯対流雲において、観測とモデルが示す鉛直構造には共通点と差異の双方が見られ、モデル表現や観測推定に伴う不確実性に関する知見が得られました。本研究結果は、新しい衛星観測データと高解像度モデルを組み合わせることで、雲微物理過程（※4）や鉛直運動の理解を深める可能性を示すものです。

 EarthCARE/CPRのドップラー速度を用いることで、雨域と雪域の境界構造をより明確に判別できます。青色は落下速度が速い雨粒子、緑色は落下速度の遅い雪粒子を表します。NICAM（b）でもほぼ同じ構造が再現されることがわかりました。NICAMの方が雪の落下速度が観測よりやや速く表現される傾向があり、この差が今後のモデルの改良の指針になります。

 本研究を通して、衛星観測と高解像度モデルが互いを補完しつつ、雲微物理および鉛直運動の理解をより一層、包括的に深められることを示すことができました。
 この成果は、EarthCAREデータを活用した今後の雲物理研究の発展に向けて重要な基盤を提供するものです。さらに本成果は、今後進展する全球高解像度モデル間の相互比較や、気象・気候モデルにおける雲・降水過程の不確実性削減のための国際的取り組みにも貢献すると期待されます。

 なお、本研究成果は、1月20日19時（日本時間）Scientific Reports誌に掲載されました。（別紙参照）

 本研究では、東京大学においてNICAMの数値シミュレーションならびにEarthCAREおよびNICAMデータの解析を実施しました。九州大学はEarthCAREデータ解析手法に関する技術支援を行い、JAXAはEarthCAREデータおよびその利用技術を提供しました。

【別紙】

 これまで、全球規模で雲内部の雲粒子・降水粒子の鉛直運動を全球的に観測する手法は存在していませんでした。EarthCARE衛星に搭載された雲プロファイリングレーダ（CPR）による氷・雪粒子の鉛直ドップラー速度は、これらの粒子そのものの終端落下速度と、大気の鉛直気流の双方を反映しており、雲微物理、対流、そして大気の運動を理解するうえで極めて重要な情報を提供します。今まではこうした鉛直運動を全球的に制約できる観測データはこれまで得られず、気候モデルにおける降水量の予測や雲・放射相互作用には大きな不確実性が残されてきました。
 本研究では、2024年6月に観測が開始されたCPRに着目し、取得されたドップラー速度データから氷粒子の終端落下速度と雲内部の鉛直気流を推定しました。これと並行して東京大学を中心に開発を進めてきた全球雲解像モデルNICAMを用い、スーパーコンピュータ「富岳」によりサブキロメートル（870m）メッシュの解像度の数値シミュレーションを実施し、人工衛星シミュレータJoint Simulator for Satellite Sensors（※5）によってEarthCARE類似のレーダ信号を生成しました。これにより、観測とモデルの結果を定量的に比較・分析することが可能となりました。
 結果として、EarthCAREのドップラー雲レーダ観測とサブキロメートルスケールの高解像度大気モデルを組み合わせた初の比較解析を通じて、雲内部の鉛直運動に関する理解を深めるための新たな知見を示しました。
 ドップラー速度は氷粒子の終端落下速度と大気の鉛直速度の両方を計測しますが、本論文で示した手法により、EarthCARE/CPRのドップラー速度から両者の成分を分離して推定できることを、NICAMによるシミュレーションとの比較を通して示しました。また、観測との比較により、モデルにおける雲微物理過程に起因するバイアスを評価できること、さらにモデル比較では説明できない衛星特有のランダムな推定誤差の影響についても判別可能であることを明らかにしました。

東京大学 大気海洋研究所
・Roh Woosub（ロ ウソップ） 特任助教
・佐藤 正樹 教授
兼： 横浜国立大学先端科学高等研究院台風科学技術研究センター 副センター長・教授 ・松岸 修平 特任研究員

宇宙航空研究開発機構（JAXA） 第一宇宙技術部門 地球観測研究センター
・久保田 拓志 研究領域主幹
・青木 俊輔 研究開発員

九州大学 応用力学研究所
・岡本 創 主幹教授

雑誌名： Scientific Reports 論文タイトル： Vertical Motions Inside Clouds Viewed from EarthCARE Satellite Cloud Radar Observations and Global Sub-Kilometer Scale Modeling 著者： Woosub Roh, Masaki Satoh, Shuhei Matsugishi, Shunsuke Aoki, Takuji Kubota, Hajime Okamoto DOI： 10.1038/s41598-025-32256-8外部リンク

 本研究は、JAXA「EarthCAREミッション（EORA3、課題番号：25RT000098）」、科研費「24K00703」、「JPJSCCA20220001」、「24H00275」、「24K22898」などの支援を受け、スーパーコンピュータ富岳（課題番号：hp240106）を用いて実施されました。