気象庁が運用する「ひまわり」などの衛星観測について解説します。
1. 原理：何を測っているのか？
気象衛星は、地球から放たれる電磁波（光や熱）をセンサーで捉えています。
- 放射: 地球表面や雲、大気から宇宙空間へ向けて放出・反射されるエネルギー。
- 観測の仕組み: 衛星搭載の放射計で地球を走査し、その強弱を画像化します。
- 太陽の光を反射した強さ $\rightarrow$ 可視画像
- 物体が出す赤外線（熱）の強さ $\rightarrow$ 赤外画像・水蒸気画像
2. 静止衛星と極軌道衛星
気象観測に使われる衛星は、軌道によって大きく2つに分けられます。
| 種類 | 代表例 | 高度・軌道 | 特徴 | メリット・デメリット |
| 静止気象衛星 | ひまわり (日本) GOES (米国) Meteosat (欧州) | 赤道上空 約36,000km 地球の自転と同じ速度で回る。 | 地球から見て常に同じ場所に止まって見える。 | 〇 常に同じ範囲を連続観測できる。 × 極地方（高緯度）は歪みが大きく観測しにくい。 |
| 極軌道衛星 | NOAA (米国) MetOp (欧州) | 上空 約850km 北極と南極を通る軌道で周回する。 | 地球が自転するため、毎回違う場所を通過する。 | 〇 地表に近いので解像度が高い。極地方も観測可能。 × 同じ場所は1日に数回しか観測できない。 |
3. 気象衛星ひまわりによる観測
現在は「ひまわり8号・9号」が運用されています。先代（6・7号）に比べて性能が飛躍的に向上しました。
- 搭載センサー: AHI (Advanced Himawari Imager)
- バンド数:16バンド（可視3、近赤外3、赤外10）。
- ※以前は5バンドでしたが、カラー合成（トゥルーカラー再現）や雲粒子の判別が可能になりました。
- 観測頻度:
- 全球観測（フルディスク）：10分ごと
- 日本域観測：2.5分ごと（※実技試験で台風や積乱雲の移動速度を計算する際、この頻度が重要になります）
- 空間分解能: 赤外画像で2km、可視画像で最良0.5km。
4. 画像の種類と特徴（3種の神器）
試験で必ず問われる3つの画像の「白・黒」の定義を完璧に覚えましょう。
① 可視画像
- 原理: 雲や地表面が太陽光を反射する強さを観測（人間の目と同様）。
- 利用可能時間: 昼間のみ（夜は暗いので見えない）。
- 白く映るもの: 厚い雲、積乱雲、雪面。（太陽光をよく反射するため）
- 暗く映るもの: 海面、地表面、薄い雲。
- 特徴: 雲の「厚さ」や「表面の凸凹（テクスチャ）」がよくわかります。霧などの低い雲の発見に有効です。
② 赤外画像
- 原理: 物体から放出される赤外線の強さ（温度）を観測。※ステファン・ボルツマンの法則から温度が高いほど赤外線が強く放出される。
- 利用可能時間: 24時間（昼夜問わず）。
- 白く映るもの: 温度が低いもの（＝高度が高い雲、背の高い積乱雲）。
- 暗く映るもの: 温度が高いもの（＝海面、地表面、高度が低い雲）。
- 特徴: 雲頂高度（雲の背の高さ）がわかります。「白い＝背が高い」です。
③ 水蒸気画像
- 原理: 赤外線のうち、水蒸気に吸収・放射されやすい波長（6.2µm帯）を観測。
- 見ているもの: 対流圏中層〜上層の水蒸気量。
- 白く映るもの: 湿っているエリア（水蒸気が多い）。
- 黒く映るもの: 乾燥しているエリア（水蒸気が少ない）。
- 特徴: 雲がない場所でも、大気の流れ（上層の気圧の谷、ジェット気流など）を可視化できます。
- 暗域: 乾燥域から空気の沈降している場所を読み取り、トラフ（気圧の谷）の解析に使われます。
| 画像 | 見ているもの | 白い（明るい）部分 | 黒い（暗い）部分 |
| 可視 | 反射光 | 厚い雲 | 薄い雲、地面 |
| 赤外 | 温度 | 高い雲（低温） | 低い雲（高温）、地面 |
| 水蒸気 | 中上層の水蒸気 | 湿潤 | 乾燥（沈降流など） |
5. 画像の解析事例
実技試験で頻出の雲パターンとその特徴です。
① 温帯低気圧のライフサイクル
低気圧の発達に伴い、雲の形は規則的に変化します。
１．発達期: 雲の北縁が盛り上がる「フックパターン」や、葉っぱのような形をした「バルジ（クラウドリーフ）」が現れる。これは暖気移流による上昇流を示唆します。
２．最盛期: 低気圧の中心に向かって螺旋状に雲が巻き込む。
３．衰退期: 雲のバンドが低気圧中心を取り囲むようにさらに巻き込み、寒気側の雲（ドライスロットによる切れ込み）が中心まで入り込む。
② 霧と層雲
夜間の放射冷却などで発生する、地表にべったり張り付いた雲です。
- 可視画像: 真っ白で滑らか（のっぺりしている）。地上の地形（盆地や谷）の形に沿って見える。
- 赤外画像:暗い（灰色〜黒）。
- 理由: 霧の頂上（雲頂）が低く、地面の温度とほとんど変わらないため、赤外線では地面と区別がつかないからです。
- 判別: 「可視では見えるが、赤外では見えない」のが霧・層雲の特徴です。
③ 積乱雲
激しい雨や雷をもたらす背の高い雲です。
- 可視画像: 白くて輝きが強い。表面が団塊状（ボコボコしている）で、影ができることもある。
- 赤外画像:真っ白（最も明るい）。
- 理由: 圏界面付近（-50℃以下）まで発達するため、非常に温度が低く映ります。
- 特徴: 風下側に薄く広がる雲（かなとこ雲）が見えることがあります。
④ テーパリングクラウド
にんじん状雲とも呼ばれます。
- 形状: 風下に向かって幅が広がる「ニンジン」や「三角形」のような形。
- 構造: 先端（風上側の尖った部分）で次々と積乱雲が発生し、風に流されながら衰退して広がっていく構造（バックビルディング型）。
- 危険性: 線状降水帯の一種であり、集中豪雨をもたらす危険な雲パターンです。
③ トランスバースライン
ジェット気流沿いの巻雲に見られる特徴的な縞模様です。
- 形状: 雲の流れ（主軸）に対して直角方向に、魚の骨のような細かい縞模様が並ぶ。
- 意味: 風速の水平シアー（場所による風速の差）が大きく、乱気流が発生している可能性が高いことを示します。
⑥ 地形性巻雲
山岳の影響で発生する雲です。
- 形状: 山脈の風下側に広がる。山脈の位置にへばりついて、動かないように見える（風は通り抜けているが、雲の発生位置が固定されているため）。
- 赤外画像: 白く映る（高度が高い）。
- 意味: 上空で強い風が山にぶつかっていることを示唆します。
まとめ：試験対策のポイント
- 可視と赤外の併用:
- 「可視で明るく、赤外で暗い」 $\rightarrow$ 霧・層雲など（低くて厚い）。
- 「可視で明るく、赤外で明るい」 $\rightarrow$ 積乱雲・乱層雲など（高くて厚い）。
- 「可視で暗く、赤外で明るい」 $\rightarrow$ 巻雲など（高くて薄い）。
- 水蒸気画像:
- 「暗域」を見つけたら、トラフの東側や乾燥空気の流入（ドライスロット）を考慮する。
