ゲリラ豪雨や竜巻などの突発的で局所的な大気現象や、よりスケールの大きな線状降水帯が、毎年のように日本各地で発生し甚大な災害が発生しています。現状では、これらの大気現象の信頼性の高い事前予測は困難と言われています。その要因の一つとして大気中の正確な水蒸気の量とその流れが分かっていない、つまり、風と水蒸気の観測データが不足していることが挙げられています。
先端大気観測基盤プロジェクトでは、突発的で局所的な大気現象の予測精度向上のために、大気中の風と水蒸気を高精度に計測することができるマルチパラメータ差分吸収ライダー（MP-DIAL: Multi-Parameter Differential Absorption Lidar）の開発を進めています。
MP-DIALの光送信機には、目に対する安全性が高く、水蒸気の観測に適した波長2μm帯の赤外線レーザーを用いています。水蒸気に吸収されにくい波長と水蒸気に吸収されやすい波長の2つの波長のパルス状のレーザー光（送信光）を大気中に照射して、大気中のエアロゾルによって散乱されたレーザー光（散乱光）が戻ってくるまでの時間から距離を計測します。その際に、送信光と散乱光の周波数のずれ（ドップラー効果）を利用して、視線方向の風速を計測すると共に2つの波長の散乱光の強さの差を利用して水蒸気量を計測することができます。
風と水蒸気の計測方法の原理
MP-DIALは、主に波長2μm帯の単一波長の連続波を発振させるシードレーザー、シードレーザーの波長を観測に適した波長に制御する波長制御装置、波長制御したシードレーザーを光注入同期光源とする高出力パルスレーザーから構成されます。先端大気観測基盤プロジェクトでは、これらのMP-DIALの構成要素の研究開発を進めています。水蒸気量を高精度に計測するためには、水蒸気に吸収されやすい波長と吸収されにくい波長のそれぞれを、水蒸気観測に最適な波長として選択することが重要となります。2020年には水蒸気観測のための新しい波長制御技術を開発し、風と水蒸気の同時計測技術の実証に成功しました。
風と水蒸気に加えて、豪雨発生の重要な要素である気温も測ることができるMP-DIALの開発も計画しており、現在、そのための基盤技術の研究開発に取り組んでいます。MP-DIALにより風・水蒸気・気温の空間分布と時間変動を観測できるようになれば、現代社会の様々な課題の解決に大きく貢献できると考えています。
MP-DIALの基盤技術開発と今後の展望
岩井 宏徳（研究マネージャー）
大学院修了後、2001年に通信総合研究所（現NICT）入所。電波及び光を用いた大気環境のリモートセンシングに関する研究開発に従事。博士（理学）。地球電磁気・地球惑星圏学会、日本気象学会、レーザセンシング学会、日本赤外線学会所属。
青木 誠（主任研究員）
大学院修了後、静岡大学工学研究科学術研究員を経て、2014年情報通信研究機構に入所。固体レーザと光リモートセンシングの研究開発に従事。博士（工学）。日本赤外線学会、レーザセンシング学会、応用物理学会、日本気象学会所属。
大久保 洸祐（研究員）
大学院修了後、2025年情報通信研究機構に入所。2μm帯のレーザーと低コヒーレンスドップラーライダーの研究開発に従事。博士（工学）。応用物理学会、レーザセンシング学会所属。
NICT-情報通信研究機構
電磁波研究所