1.8 火山周辺での gps 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8...

13
1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正 110 気象研究所技術報告 第 69 号 2013

Upload: others

Post on 13-Jul-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

気象研究所技術報告 第 69 号 2013

-1-

1.8 火山周辺での GPS観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

110

気象研究所技術報告 第 69号 2013

111

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 2: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �� � �

� � �

�� ������������ �������� � ���������

������

���� � ����� ­�������������������

� � ��� � � ���

��� � ���� �� � � � � � � ¡ ¢ £ ¤ ¥

��

��� � ���

�� ��

������ ������������ �������

� �� �

�� �

� � � �

,

,

AKAGI UKUI HOJI

( )

Research Division, Research and Development Bureau,

Forecast Research Department, Meteorological Re-

Japan Meteorological Agency (JMA) has installed and is operating GPS networks around major active

volcanoes since in order to monitor volcanic ground deformation. At present, volcanoes are under

continuous observation using about GPS stations. At most observation points single-frequency receivers are

adopted in consideration of power saving and mobility in rugged environments.

GPS baseline solutions include errors due to tropospheric delays which are inhomogeneous in the actual

atmosphere. Generally, computation of baseline solutions is done by using a simple atmospheric model assuming

horizontal homogeneity. But if the adopted model is not consistent with the actual atmosphere, tropospheric

delays cannot be accurately estimated, resulting in poor position estimates. Especially with regard to the volcano

observation, the errors in the vertical component of baselines become large according to the large troposphere

errors. In the case of baseline solutions between receivers with large vertical di erence, the time variation of the

vertical length is superposed by seasonal noise caused by spatial and temporal variations of refractive index of the

atmosphere. For accurate monitoring of volcanic activities, more precise positioning in the vertical component

is desirable, which should be realized by incorporating more accurate atmospheric model into the analysis

procedure.

For this purpose, an improved analysis process was developed, based on the JMA’s operational meso-scale

numerical weather analysis (MANAL). The MANAL is applied to daily meso-scale numerical weather predic-

tion as initial field. Generally in the di erential analysis process of positioning, zenith tropospheric delay (ZTD)

is estimated by least-squares method together with the positioning. In this case, initial value of ZTD is given from

a simple atmosphere model. In our approach, ZTD between both receiver sites is calculated from MANAL, and

then the conventional analysis process is done fixing ZTD between sites. In calculation, analysis software package

Bernese Ver. . was used, while a part of the program was personally modified.

This correction strategy using MANAL was applied to the baseline solutions at Asamayama volcano, where

ground deformation has been observed associated with the eruption activity from to . Consequently we

could approximately eliminate the vertical seasonal noise at a baseline whose vertical di erence reaches to . km.

This approach is quite convenient and e ective for GPS observation at local and steep areas such as volcanoes.

: GPS baseline solution, tropospheric correction, JMA numerical weather model, Asamayama volcano

Technology - Japan.

Seismology and Volcanology Research Department,

Meteorological Research Institute, Nagamine,

Tsukuba, Ibaraki, Japan. search Institute, Nagamine, Tsukuba, Ibaraki,

: Japan.

Present address : Earthquake and Disaster-Reduction Corresponding author : Akimichi Takagi

e-mail : [email protected]

Ministry of Education, Culture, Sports, Science and

Akimichi T , Keiichi F and Yoshinori S

GPS Baseline Solutions with Tropospheric Correction by Using the JMA

Numerical Weather Model for Monitoring Volcanoes

GPS

Key words

// ,*+*+ + +,

,**3 2 ,0 ,**3 +, +0

,*** ,,+**

#

#

/ *

,**2 ,**3# + /

#

-*/ **/, + +-*/ **/, + +

+ +-*/ **/, + +

+** 23/3 - , , -*/ **/,

気象研究所技術報告 第69号 2013

111110

気象研究所技術報告 第 69号 2013

111

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 3: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �

� � � ��� �

�� �

��

� � �� �

� �� � �� � � � �

��

� � �� � �

� � �� � �

�� �

�� � �

� � �� � �

� �� � � � �

� � � ��

��

� � � ��� �

� � � �� �

� ��

� ��

�� ��� � ���� �

����� �� ��� ����

� � ���� �� �

�  ­� � �

�� ������ ��� ��� �� ��������� � � ����� � �� ������ ��� �¡ ��¢ £ � ������ � �¤� � ¥� �¦ � § �¨ � ����� ©��ª� «�¬® ¯° ± � �� � �� ²³�� � �´µ ���� ¶ � ·� �¸ � §� ��«�¹ �ª� º���� ����»¼ �½ ����´µ¡ �¾¿ ��� ÀÁ����� � � � �¤��� � �ÂÃ� ¦ ����� � §¤���Ä � «�Å� � �� �� �� � ¡ �Æ ���� Ǥ�

������� � � � � � �� �� � � ÈÉÊ�»Ë�� ��� �� �ÌÅ�

�� ����� �� � �� ÍÎ�Ï�� ������ « �з� »¤��««¤�� ��� �ª� Ñ� Ò�Ó ������� ��ÔÕÖ����� � ×�·����� Ø� �§ � �� ²³�� �� �Ù� ����«�� ��Ú §� ¤� �� Û � § � ���� Ü� �ÌÅ� ��� � ����ݦ � � ¦ � §ÞÙ� ���ª� � �©�� � � ²³ ��� §ÞÙ�� �� ©� � ° � � � � ���� ©���

� ¤� Ø� Ò� Ð��Ð ��� ß·� �� à� � � ��«��° � ®���� � � á � � â� ��ã�áä� � å �æç«�� ��è � éÖêÕÖ��» � � ��ëå � ˤ��«�ªì��� � ã� �ÌÅ� Ò�í � ���è î��� �ï ð�� ¡ � � � ñÖòóôõö÷Éøùú�� � ûü � ý¤�è � å �þç¤ �� �� ÿ�Ï��� ÍÎ��� �� � ã� ��� § ÞÙ� ~ � ¶��ª�Ý�� Ð�� � ·} �|£{ �ä� �[Õ\É]Ö� ¨��ݦ ¨� �� ���� ¶�� �ªÅ� �� � �^¦ � §ÞÙ� �_���� ����� �� �Ù��� ��` ��®� §�Ì� Û î�� ���� �@ Ý��«������®�} ¦� § ���� ��«��� á� `¡ ?��¦ �á> ��= �� ���� Û�<Ю�� ��� � �ÿ � �@ ÝÅ�¡ �������«�;���� � �� � � ���� ·}� �êÈõ:/� �. �� ã �@ Ý���� §-,�Ì� ^ü ��¡ �

«+¤ � » ��.�����«*�� Û �� ã� ��)�� §?�������

¸ ��� � ã �-,�§� �� �� �¦ �<��

) � ¤� § �( � ¥�ª� �Ð� �¸ �Ú §¡ '� �&��� ��«�%�ª� � � ã �¥

� � �� �� �

� �� �

�� � ��

��� � �

� � � � � �� � � � ��� �� �� �   ­ ��� � ��   � �

� � � � � � �� ���� � � �� � � � � � � �� � � � � � ��� �� � �

� �� �� � � ��� � �� �� �� ¡ ¢£ ��¤ ¥ � �

� � ¦� § ¨ ©ª « ¬¦� ®¯ °± �

�© ² � ³± ´µ¯ ¶ �� ¶· � ¸ ¹ º

»� �� § � �� �¼ ½ � º ¸�� ��� ¾ ��� � �¼ �� ¿ � � ª�� � �À¹ Á � à � �� �� Ĩ�± ¦¯± °±  Å °± � ÆÇ ¸ ��

�Ĩ È É¥ ¦¯Ê´ Ë �� �� Ì ®¯Í � Î Ï ¹ ÐÑ Î Ò �ÓÔ � � ÓÏ Õ ¦¯ Ê´Í ¹ °± Ö¦ × �ÐÑ �ØÙ Ú � �Û¨Ü ·Ý Þ ß ÐÑ Î Ï �� à � ᦯ Ê´Í � � âÚ ã � � � ��äå æ � �

�¼Å �Å ¹ � � � ²ç��� � ¹� �� ¸ ¹ è

¶·� § �� �ØÙ �é � ��� � �� Þ¾è � ��� ê ë� �®� ìí § ¹ ØÙî� �é � �

� ï ¹ æ ¸ð� ¹ Ú Ê´Í ñ �

� ��� òó�� ½¹ Ú

§ ô Ê´Í �ô �

¯èõö ¦¯ Ê´Í ñ �÷ïø� �� �� ����¼�� · � �� ù ­

¯èõö�� »� � ��ú� �� ¹ Í ûô

� � � �

�������������

GPS GNSS

Hobiger ( )

2

GPS

GPS

GPS EU Galileo, GLONASS

GPS

GPS

GPS m

GPS GPS

m GPS

M (Fig. )

GPS MG

GPS MG

GPS

GPS

conventional analysis

GPSFig. . Distribution of the GPS receiver sites around

Asamayama volcano. Solid circles and squares

are GPS stations installed by MRI and JMA,

respectively. A temporary station M near the

summit was newly installed for this study.

et al.

GPS

+/ 1/*

,**2 -

,**1

-

+/

,***

,**/ ,, +**

+

,/02

-

-

,**0 ,.--

. + +

-* ,

,+**

,+/-

,**0 . ,0 ,**2 /

++3 ,**2 2

,

+

- .

+

,

, +

気象研究所技術報告 第69号 2013

112112

気象研究所技術報告 第 69号 2013

113

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 4: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� ��

�� � �

� � �

� ��

���

� �� �

� ��

� �� �

��

� � ��

� � �� � � �� � � � � � �

� �� � � �

� � � � �� �� � �

� � � �� �

�� ��� ��� ��� � ��

�� �� � ���� ������ �� � �

  ­���������� ������������������ �� ��� ��� �� � �

� �� �� �� � ��¡ � � �¢� � � ��

�£� �¤¥ ¦�� � � §�¨©�ª« � � � ��� ¬®�� ¯°����� � ����±� ���� � ����� ���� ²� � ����� �£��³ «£��«

´µ¶·� � �¸��¹ �º « ���� ��� � ��·�� » �¼½��� £��·�� ����� ¾� ¿�« ¾��� � � ÀÁ� Âà ��� � �Ä�©ÅÆ «Ç

££�� � �È � ÉÊ �Ë�È� ÌÍÎÏÐÑÒ�Ó�¤·� � ����ÔÕ� �Ö×�·��ØÙÚÛ� �� ØÙÚÛ��Ü� ��Ý ���¡�Þß� à�á���� â���� £� ��Ý �Þß�ã·¼ ä � �� ������ �� � �ØÙ��å�¯°��� �æç�èà Ìç�éÈ� � à�·��� �¼½���Ç�å�¯°� ØÙÚÛ��¯° �¼½« êë�å�¯° �ìí ��� ��� î ìí¦�� ï � � � ðñòóÎÏôõöÑ ÷ �ø ç ù�ú ��Îûüýñþ����ÿþö ~}| ��{[�Ó�Ä� ����èà ��\������ ]^\ýÒ _` @?��ó>ÎÑ���=�ÿ � < î ��� �Äá��� �� ;¬ �î ìí¦@: �� ���� ��/.�ØÙ ÷ � ø ç������\��� ]^\ýÒÚÛÅ�ÌÍ�� -, �+�*± � �� �)Ö��� ¬� ��� ��¯° �ã·��× ��� ] � � � �('«�� �� àâ �� �& �¦÷�- ���Æ ëÆ%

��� �

� � � � �� �

� �� � � ��� �� � � � ��

� � � �� � ��� �

� �� � �

��� � �� � �� � ��� �

��� � ����� � ���� � �  � ��

��� � ­� ����

��� ��� � �

� � � � �� � � � �� � �

� � � �� � � �� �

� � � �� ��� � � � �

� �� ���  � ��� � ­� � �

� � ���¡ ¢� � �£

��������

Horizontal distribution of MANAL’s grid points

around Asamayama volcano. Open diamonds show(MSM)

GPS 3

Table . Description of GPS stations around Asamayama volcano.

GPS

KWS m

m m

Table GPS

KWS

L ( . MHz)

L

(GSM) GSM

Fig. .

km-grid MANAL. Solid squares show double-

frequency GPS stations which were used for the

ionospheric correction. A square box over Mt.

Asamayama indicates the area of GPS observation

in Fig. .

MSM

(MANAL) (GPV)

km

GPS

km

MANAL

GPV MANAL

MANAL

+

+ +**0

+.,1 1*3,

+ ,

,

+

+ + +/1/ .,

+ +

,

+*

+

+*

,**,

,**3 .

,**3 /

,**3

+331

, ,

気象研究所技術報告 第69号 2013

113112

気象研究所技術報告 第 69号 2013

113

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 5: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �

� ��

� �� � �

� � �� �

� �� � �

� � � �� �

� �� �

�� �

� �� �

� �� �� �

� �� �

� �� � �

� � � �� �

� ��� ���� ��� �� �

� ���� � � ��� ����

���  ­�� ���� ��� �� ��� �� � � ���

� � ��� � �����������

� � ��� �� �

� �� �� ��¡� ¢ � ���� �� �£ �� �¤¥¦�¡� §� ��¨©ª� ¢ �§«���� ¬®¯° �±«�� ²³´³��¤¥¦¬®� ��¡� �µ¶·�����¡� � �¸� ¹³º�»¼��½� ¾ ¿À��� �ÁÂ��

��� ¾ � � ���ºÃÄÅÆÇÈÉ Ê� �� �� �¡� � Ë �Ì� � � �¾ �£ ��ÍΤÏΦ

�� �Ð� ��� � � Ñ��Ð� Ñ� ���Ò� �½Ó� Ô ��� Õ �Ô Ö � ��×�ª��

�Ø� �� Ù� �� � � �ÚÛ ��� �Ì�� Ü� ÕÝÞ§ µØ� ßà�á â ãäå �� ��æç Ò �è � Õé ��Ì� ê �� Õë���ÔìÕ� � ��½Ó� �

���� �� � � ����� � �� �� Êí �î ����µ� ï ��� ß��µ �� ðñª© ò©�

 ­� �½Ó�Õó� ¡³Ã� �� � � ðñ ��� �ª©Ì�Þ �¶ô Êí � õ���ö� � � �Õó� ��÷�� Õó¿�

ø ùúûü³ø ÈÉ Ê¿À� äå ý �þ ���£ � Ñ�ÍΤÏΦ�Õÿ ~ � � ý ��µ�äå �� �� ��©Õó¡³Ãµ } ¡³Ã�� � � µ |��� ��©� Ñ�� �

µ�}{�� [ �� �¼\� � � ï � � �����¶[ �� �� ] �Ì�� � ô�� � å Õ¤¥^_`�� ©�� Õ½ � Ñ�� �] �Ì� �] �� �¡� ����¿À�� ��@ ?���¾ �£ ��������� � Õó¡³Ã� >� =· ¶ �ª�� � �� ��¶ô�� Õ�¡�� ¡³Ã Ñ� �£ �� �� ¡³Ã] ��� Ò<; Ê: « � ��� �

� �ÈÉ Ê¿À�� / �� Õ�¡�ª©� � ­� �½Ó� � � �¿À��½

¾ ��.�Î -¾ ¹^,+*) � Ò��(' ���&% � � ùúý �

� � � � �

� � ��� � � �

� ��� �� � ��� �

� ��� �

� �

� � � � � � �� � �

� � � � � ����   �

­ � � �� ��� � � �� ��� � �

� � � � � � � ��� ���� �   �� �  ���� � � �

��� � � � � � � � ��� � � �

� �� �� � � ��� � � � � � ¡�� � �� �  �¢ ��� �

� � £ �� ���¤ ¤ � � ­ ¥� ¦ � �� ­ � �� �

�� § ��� � ¨¥ � �§ © � § � ª £

© © © �© � ­ � « �© ¬ � © �© � � ® ¦

� �¯° �� ±� ² � �� £ � �� ³ � � �� � ´ � � µ

¶ � � �· ¸ �� � � �

� � � ³ ¸ ��� � ­�

�������

� � � �

KWS-

GPS

(ZTD) (Fig. a)

(Fig.

4

Fig. . Schematic figures showing zenith tropospheric delays (ZTD) of two GPS-receiver sites.

(a) In the case of small vertical di erence between two sites, atmosphere equally influences

both ZTDs. (b) In the case of large vertical di erence between two sites, the part of

atmospheric between Receiver and Receiver influences only ZTD of the lower sites (ZTD ).

Ver . (Dach ) Bernese

Fortran

M . km

Fig. MANAL

KWS

MANAL m GPS

GPS

M

Onset Computer Corpo-

ration HOBO Weather Station MR Receiver

Receiver

GPS

Receiver Receiver

a)

(Fig. b)

GPS Bernese

et al.,

+

-

-#

#+ ,

/ * ,**1

+

. + / ++

-* ,

,

,

,

.

+

0*** + ,

,

,**0 3 ,+ ,**2 + ,

/ +/ 0*, ,*,

+ +,

-

+

-

, -

-

気象研究所技術報告 第69号 2013

114114

気象研究所技術報告 第 69号 2013

115

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 6: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

��

��

� ��

��

� � � �

� � � � �

� �� �

� � ��

� � � ��

��

� �� � ��

� �� �

� �� �

� � ��

� � �

� � � � ��

� � � �� �

� �� � � �

� �� � �

� � � ��

� ��

� � �� � � �

� � � �

� ��

� �

���������� � � � �

� ���� � � �

��� �� � ����� � ­��� �� � �

� �� ��� �� ���� �­������ �� � � ��� �� ��� � � � ��

��� ����

� �� � ������� ����� ¡¢£¤�� �¥� �¦§�

¨ ��� �©��ª� � ��« ��¬� � �� ¨�« ��¬��ª� ®� ���� �� �¯°� �± ��²³� �´ ��« ��¬�� ���� �µ¶ ��µ· ¸ �¹� � �� º� �� µ »�� ��µ·¼¸ �¹�½°¾¯¿À

� ����Á�Âà �ÄÅ����Æ��� Ç �È � � �� �Éĺ��Ê�Ë̲�� ­����Í�²���� � �� � � �Î ��Ï ÐÑ� �� �

� �ÒÓ�ÔÕ�Ö�×Ø »Ù�ÚØ��¹Û�� � � � � � �µ· ¸ ���� �½°¾¯¿À

ª��� � � �Âà � Ç�¥�� �ÜÝ Þ���  ß �� ²� ¦§��� � à���´È ��

� �� � �� ��� ���� ��¹�áâ� ã�� �� ä�� ���� � �����å �ª� ��� � æ

� � � �Ûç �� � �¯°��� à �� ����²� ��Á � � � � �� � �

�ÜÝ Þ���  ß� �´ÉÄå �ª� Ê �¯°� �´ ���èéêëìí î�ª� �¹¢ �ïð � �� �� � � � ��� �¯°��ñ¦§��� à � �òÁ à

éó½� ô õ äÝ � ��à � ö¯÷� � äÝø��ùú� ��

�û �Æ � � � � ����ü¦§��� à � �òÁ ���ý��È��ª�� � � ���� à ��¬��

� º�� � � � �Ý� þ��ÿ~������� }|¯{�² à[\]��­�� �� � � ^� _�`¯|\@? > =Ç°¯� <; :/��­�� ������ �� £¤���ª� � .�Æ-´� �´��� �èéêëìí��

� � ^� � �­�� Ý� � �,+|¯*�² )� ²Ô � à[\_à(� µÓà�µ^à���� ¡¢ �ùú��È��ª�

�­�� ��Ý�(º�²�� � �Âà �

� �Ô � �� Ý�'&»Ù�¹� %

� � �

� �� ��

� � � � �� �

� � � �� � � �

�� �� � ��

�� �� � �� �

� � �� � �

� �� � � �� � � � � �

� ��� � � � � � �

� � � �  ­�� � �� � �� ��

�� � � � �� � ��� � �

�� �� � �� �

� �� � � � ��� � � � � �� � �

� �� � � �� �� � ��

� � ��� �� � � ���� � �� �� �� ��

��� � � � � � ­ � � �

�  ­  ­ � � � �� � ��

��� � �

� � � � �

� � � � ����

� � � �� � � �

��

��

·

i i-

-

j j j

MANAL

MANAL GPV

GPS 5

Saastamoinen ( )

(m) Bauersıma

( )

.. tan

cos

( )

(hPa) (K) (hPa)Fig. . Schematic figure showing how to estimate ZTD.

(radian)ZTD (di erence between ZTD and ZTD ) is

calculated from MANAL. ZTD and position at

receiver sites are estimated fixing ZTD .

Berg ( )

( ) ( )

( )

( )GPV

Fig. Receiver Receiver

Receiver

MANAL GPV , , GPS

( )

( )(Hofmann-Wellenhof )

Receiver Receiver GPS

GPS

MG

Hopfield ( ) Essen and Froome ( ) GPS

MAP ( ) ( ) ( )

. .

GPS

. ( )

GPS

Receiver Receiver

Receiver

Receiver -

Receiver Re-

ceiver

Receiver

( )

SAAS

i i

i i fix

SAAS

Nj j

jj j j

j

j

j

ZTD

ZTD p T e

p e B z Rz T

p, T, e

z

B R B

R

p T e

ZTD ZTD

ZTD ZTD ZTD

i i

ZTD

p T e

ZTD ZTD p T eet al.,

tp e

ZTD hT T

e

T

N

p T e

j

h j j

ZTD

ZTD ZTD ZTDZTD

+ ,

,

+ , + ,

+ ,

+ ,

+ , + ,

*,

, , ,

*, , , ,

++ +0

+ ,+ + +

+/

+

+ + +

*+

* *+ , + ,

+31-

+32-

* **,,11 +,//* */

+

.#

+3.2

+ -

/

/

. + ,

,

+ ,

,,**. +

+ ,

+ ,

,+,*

+303 +3/+ ,

+* 11 0. +, 30 ,

+

- 1+2 +* -

+ ,

+ 2.

+ +

+

,

+

.,

,

.

. +

d

d

d

l*

気象研究所技術報告 第69号 2013

115114

気象研究所技術報告 第 69号 2013

115

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 7: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �

� � �� � � �

� ��

� �� � �

� �

� �� � � � ��

� � � � �� �

�� �

� � �� � �

�� � � � � �

�� � � ��

� �

���� � ������ ������� ��� ����������� �� ­

���� ���� ����

������� ���� ������ ���� ­��������������� �� � ��� � �¡ �¢£¤¥¦� �§¨¥¦��� �©ª�«¬��� �¢£����®�¯°�±²�� ³�´��µ�� §¨¶·��¸¥¹º»¼�½��� ­��� � � � �¾¿À�ÁÂà �� ­��ÄÅÆ�µ ÇÈ

��¸ÉÊ´�Ë� ´ � ­���������ÌÍÎÏ�ÐÁÑ� ¢£¤¥¦�ÒÐ

�±²������Ó� ���� � ÅÔÑ�ÅÑ����� �ÕÖ×� ÇÈÒÐÆÅ

���´Ø� Ù� ������ ����� Ú� ��ÛÜ��¯°����� ÝÞß����À�� �ÕÖ×� �ÀÆÅà �¸¥ ��� ����àáâãä��å� æ¹´çè�ÁÑ���´Ø� ������� é�¬�ê² æ �Á¢£���� ��

� ������®��� �� ­ë ��ª�³�´��µ���¸¥¹´ì�� íîï��� ���ð������������ñÅ�� ��òó�ôó�õö¶·��������´÷øÀ�� �ÉÊ´����´Ø� �� ­��� ÇÈ

�óùÉÊ��¸º»¼ �ÃúûÀ�ÁÑ�ü¨ � ­��ÑÁ ý²þÿ°� � °�� µ�� �~��� ­ ��}ïÅ���ð���������� ��� �· Ë� ��Ù�µ ÝÞß�������� ��Ù��Á���ð���´ �±²� °�|� �íîï �{ æ�[\�Á�®�ËÁÑ� æ� æ� � �� ������õ ]^×Å� _` íîï]^Ò�¡«¬�ð��� �{ æ�[\�Á�®�����@´���?>=´

� �¢^���� Ü����� ­ �Ñ��´<;À�ÁÑ� :/ . �������¢£����� -¬� �� �~ � ��� ¬´,+*)('�Ò��Ö��&%=�

����������������

����������������

ZTD Fig. c

ZTD

6

Fig. . Temporal changes of ZTD between KWS and M , evaluated by the conventional

analysis (a), by using MANAL (b), by using measured weather data (c), and those refer to

temporal change by the conventional analysis.

ZTD Fig. Fig. a-b

KWS M ZTD Fig. d-e

Fig. a

ZTD, Fig. b MANAL GPV cm

(Fig. d)

(Fig. e)

Fig. d MANAL (Fig. a-b)

GPV ZTD cm

ZTD cm ( )

( ) (Fig. f)

MANAL GPV

cm

cm

(Fig. d)

MANAL (Fig. e)

GPS

ZTD Saastamoinen ( )

( ) ( )

Fig. KWS M

MANAL

ZTD ZTD*, + ,

/ ,

/ .

, / 0

,**0 ,**2 . + 0

/

/ .

0

0

/ 0

,

, ,

+ . , -

/ 0

,**1 , -

.

0

+ ,. 0

+

, +31-

, - +

0 . ,**,

. -

. ,

気象研究所技術報告 第69号 2013

116116

気象研究所技術報告 第 69号 2013

117

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 8: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �� �

��

� ��

� �� � � ��

� �� �

�� � � �� �

�� � �

� � ��

�� � � � �� �

������ �������� ��� ��� ���

����������   �­ ������ ��������������� ����� �� �� ��������­ ���� ��� ������������� ���� ��¡¢��£¤¥¦§�¨����©ª ��� �«�����¬��®�¯°�±²��³ ¤¨�

¤ ´µ� ¶�����·¸ ¶�����¹  �º � ��» ���¼½¾¿�� �¥ ±²��£¤ÀÁ¤ÂÃ�� ���� Ä ��

¦§�¨����© � Å� ��» ��� ���Æ ÇÈ���É�����ÊË� ���� �¸Ì  � ��ÍÎ����­Ïà ��ÐÑ�Ò �� ÓÔÁÕÂÖ�­Ï� ÐÑ� � × ���� Ø ­Ï� ÙÚ�ÊË� ÛÚ�ÊË�

Ü�Ý�¨� ��»Þßàáâ�ãäå � æ�Ð º � �����¸Ì çè�¨�¤ É��éâ�êëá ì�íîÐéâ ïð Õ ������¥¦� ����ñ�Ì òó����

�æ���â� �ô� õ��â ö�÷ �ø��Õ �  º �¹�� ���� �¡¢�«ÇÈ�ù�� â�ÐÑú� �Îû�� üýþ������ �ÇÈ�ù�

ÕÂÖ� �¨� ÿý� É ~ø �}¦�© � |�{[�� �ÇÈ �}¦�¨\ É ~û�� Éý�¨� �¤ � üýþ��ÇÈ��¿Çè�¸¶��������ÇÈ}¦� � �� üý�ÇÈ]^_`]�·¸@�üý�ÇÈ�ù?

���?> = �����<�¹  �ÇÈ} ����· @ÿý��;�­ :/�.-�Ï��¦ í ,��+< � �©� Æ º �}¦ � �«ÀÁ¤ÂÃ��çè*¤¨��)(� Í��¸ ÍÎ'Î��&�© � º ���<ø��É º � ��%ý��������� üý]^_

� �

��� ��

��

� � ��

�� � � �

� � � �� �

�� �

�� � �

� � � � �

���������

�����

GPS 7

Fig. . Time series of baseline length (a-c) and height (d-f) of M refer to KWS. (a) and (d)

are calculated with the conventional analysis. (b) and (e) are calculated with this study

method using MANAL. (c) and (f) are calculated using measured weather data. In the

case of using MANAL, vertical seasonal noise could be approximately eliminated (e).

GPS

GPS

GPS

GPS cm cm

m TAN

m (Fig. c)

TAN

m m

MANAL

Fig. a

L

Fig. b

0 .

, +

+ ,

+ +

, ,

/

- ,

, ,

30*0+. 3/- +

,+3* 1 30*0+.

, ,.

202* +,-1 ,**1 . +

,**3 - , -

, 1 , ,.

+ +

1

+,

. . ,

. /

気象研究所技術報告 第69号 2013

117116

気象研究所技術報告 第 69号 2013

117

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 9: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �

� �

��

��

� �

��

��

�� �

��

� �� � �

� � � � �� � � � �

�� � � �� � � �

�� �

� ��� �� ������ ��

� �� ������ ���� ���

� ����� ­���� ����� � �

���� � ����� ���������

�������� ���������� ��

� � �¡¢ £¤¥¦

§¨�©ª«� �����¬®¯�°±²� �

����³´¨µ�¶·¸¯�¹º��»¼���� �½��¾¿�À�Á� �

ö����ÄÅ�ÁÆÇ ÈÉÊË�ÌÍ�ÅÎÏÎ���ÁÆÇ� ��������� �Â�

�������� ´�����ÐÑ�Ò� ��¢ ³ � ��ÓÔÕ���Ö�ö��

�×Ø ÙÚ³�¿�� ���Á¿ � �ÛÜ��Â�� �²ÕθÝÞ�ÐÑ�ß�  àá ÔÕ�â�ã�ä� ³�

å�æ³�çèö�Ò¿� ��� àáé�æ� � àáêëì�æ � �� íö

�� ���ö� ��� ����§ îÔÕ § î¾³�ï ð � ð �

���Á��Õ�ñò� ��ó ô� ��õöÈÉ ��ö÷�õö³����ø­� �

�� ³�°±��Ï�ùú³���� ����Á�ÅÎÏÎ�û��ü¾ÕÎ ��µ�å�æ�ýæþÍ�þÿº� § î�����~Ô¿��³ ��³�} �� ���� ý § î�£ ý|�ÿ{�� ���[¿

� ���� �\] �^_  æ` ÍÂö²�� ð �Á����ÔÕ ´¨µ�©ª«�@Ä����µ?²��� �� �����ñò Í�>=µ��<;:/³�.�-³��´¨µ�, �+*)(�'��� ¢ �¿�� § î&ÔÕ § î&¾³� %

� �

� �

�� �

��

�� ��

� � � �

�� � � �

� � � �

� �

� ����������

Comparison of seasonal noise’s elimination from

M G m

GPS

ZTD

KWS

M

8

Fig. . Comparison of seasonal noise’s elimination from vertical positioning between double-

frequency analysis (a) and single-frequency analysis (b). (c) Distribution of GPS receivers

around Mt. Ontakesan. Positioning of TAN refer to was calculated.

MANAL GPS

MANAL

cm cm

MANAL

M

GPSFig. .

vertical positioning between -hours analysis (a)

and -hours analysis (b) by using MANAL. M mrefer to KWS.

Fig.

Fig.

TAK m

GPS

(Fig. b) Fig. a, Fig. e

KWS

. ++02

-*

+

. +, 0

1

30*0+.

,.

+,

-

+ ,

.

- -2,.

+, . 0 --. +.,1

,**0 / ,**3 1

3

0 2

31+

,**2 2

+, ,**3 ,

2 ,. 2 0

,**2 2 ,**3 ,

/

気象研究所技術報告 第69号 2013

118118

気象研究所技術報告 第 69号 2013

119

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 10: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� � � �� � ��

�� �� �

�� �� �� �� � � � � �

� � �� � � � �

� �� � � �

������������ ������

������ ������ ­������ ��� ���

���������� ��� � ������ ������������¡¢£¤�� ¥¦§�¨©ª�« �¬�®¯°±²³´���µ � ¶ ·�¸¹�º»��¼� ½�¾¿À��ÁÂà � ��Ä�Ä®¯ Å®¯Æ Ç������Ä ¸¹�������È·µ���É�Ê���Ë Ì½ÍÎ�Ï��¨ÐÑ��� ÒÂÄ�����¡������§��� ¸¹�� Ó�����ºÔ� ��ɹ�Õº®¯�� ����Ö×Ø���§¬ Ù�Ä ®¯ÚÛ�� ¬ Ù·�� �Ĩ Õº®¯�Ë Ì½ÍΨÐÑ�¨�

ÜÝ®ÖÝÞ�Ä ß¦��� �à �� � � ����Ö×Ø���§�á�â ��ã�ä ¿åË�æ�� ���¨çè�Ò �����å ä ¿éêë���åË�ìí� �à­¨Ë�æÂ� îï ¶ � � ðç ñ�����à ���òóô õöÖ÷�øù¹ú û�®Û �¹ú �øùü ýþÿ�� Á�¨~}» | {�Á��½[���µæ�� \��§ ¸¹��]�ýþ � µ ·�û�^_ ¨| {� ½��~}» `@� �û�^_��Ã� ���?�ä ¿Á�>��Ä���·�� =¨� <;ɹ ¬ Ù ¬ Ù � :/� �����¡¨ ¬¸¹�.��-?`,®¯�� ½�+»ÿ��¬�®¯°±²�*�)(?'&%É

� �

��

��

� ��

� � �� � �

� ��

�� �

(Fig.

a)

GPS 9

Fig. . Time series of height of all stations refer to KWS around Asamayama volcano from

to . (a) Conventional analysis. (b) By the method of this study using MANAL. Those

of all stations could be approximately eliminated the vertical seasonal noise, especially G and

TAK where are high.

Fig. a G, TAK

(Fig. a)

(Mogi, )

(Fig. b)

MaGCAP-V . km

m . m . km

km . m

. km . m

0 -

0 -

0 -

+*

3 ,**0,**3

,**/

3

,**2 0 ,**3 + - 3

+3/2

+*

,**/ , 1

+** * + +* 1 - -

0 / +0 .* +*

, 3 - * +*

,**2 0 ,**3 +

,**.

気象研究所技術報告 第69号 2013

119118

気象研究所技術報告 第 69号 2013

119

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 11: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �

� � ��

�� �� � � � �

� �� � �

� ��

� � �� � � � �

� � �

������������� ��

���� ���� ����

�� ­������ ����­��������� ��� ��������­�����­¡¢�£ ¤¥�¦§¨�©ª«

¬®¯��� ��°�� �±²³�����´µ¶·�³¸���­ ¹º­»¼���½´µ¶��� ¾ ½¿��À¸ ¾Á¢Â�� ��� �

³ ¤¥§¨ÃĬ�Å£��Æ Çȧ¨É�� ����´µ¶·�½¿��ÀÊ­³ËÌÍÎÏÐÑ���ÒÓ£ ¬Çȧ¨É��Ôª� ÕÖ׬�� Ø�� Ù­´µ¶·��ÚÛÜ­�´µ¶��ÝÞ��� ´µ¶ßàáÍâãäå ��æÍâ�Æç���èé� ­ê��� 볤¥§¨�ìí±²îïÇȦð� ñò­ óÛÜ­��ôõÝÞ §¨�¦¨ö�Æ´µ¶ßà·�³èé� ��¸ Á¢·�­ �� áÍâ�÷���� ØÝÞ ´µ¶½¿��À³½¿øùÀ³ ��� �±²³ �� ÚÛÜ­��ôõÝÞ�Æ������§¨�ìí §¨�¦¨ö�Æ����ÝÞ³ � îï ¸ ú�Å�û¿ÒÆ�� üý

Fig. a TAK

10

Fig. . Estimation of the inflation pressure source of Asamayama volcano by GPS observation from

June, to January, . (a) Result estimated by -D component of displacement with the

method of this study using MANAL. (b) Result estimated by -D displacement with the

conventional analysis. (c) Result estimated by only horizontal component of displacement with

the conventional analysis.

GPS

G

GPS

Fig. c

. km

. km

. km

. m . m

. m

0 - 0 -

0 -

3

+*,**2 ,**3 -

-

+

- - + - /

+*

, 3

+ , -

* 2 + -

+ - + * +* - 1 +*

- - * +* ,

��

��

気象研究所技術報告 第69号 2013

120120

気象研究所技術報告 第 69号 2013

121

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 12: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� � �

� ��� �� � � �� � � ��

� � �� �

� � � � �

� �� �

� � ��

� �� �

� � � � � �� �� � �

�� � � �

� � ��

� � ��

�� �

� � �� �� �

� � �� � �

�� � �

� �� �

�� � �

��

� �

���

��

� �

� �� � � � ����

������ ���� ���� ­

�� � ���� � ���� �� �

� ��� �� �� ��� ��� ���� ��� ����������� ��� ���� ��� � ��� � ���� � ���� � ��� ¡ ¢��£ � �� ¤ �� �¥¡� �� � � ¦ �¢�� �� §���� � �� ¨� �©ª����� �� «¬ ®�� �� �¯�°±² � ����� ����� ¬ �³ � ��� �� ´ ®�� �� ��µ¶�� � �� ¨�©« ��  �·���� �� ¸�¹ª� ¬ �º»¼� ½�¬ ® �� ¾�� ����� � � �©« � ��·� ��� ����� ®����¿� �� ³�³�� °± À�� �� Á �� ����� �� �� � �©��¯�� °±¬ �º»¼� ���� � �  ÃÄ� � �¬ � �� ��Å �� � �Æ �� ¨� Ç�  �·� È�� � É�� �� Ê Ë Á ����� � Æ �� ¢�����À�� � � Ì ��� � ��Í � ��� �·� Î � �·� Ï�À� � ÁÐ �� ÑÒ ÓÔ Õ ÑÒÖ��×ØÙ×Ú�³ � ¤�·� Û � Ð×ØÙ ÑÒ�Ü ���� � Ý� �� ÑÒ �×Ú����� Á� � �³������� Þ ß �� � ���� �à��À��á�� ¸� � Áâ¡� Áãä×åã�� �Í �� æ �� ç�� è � ® � £� ��À Á é �� êëìãíî� � �� ÝÍ��� �� �� Á � �³� � � � �� ï ð�� Õ ����� �Û¢�ñ �·� ¸��ò� �ó�ôäõö ÷� �� � � ��� �À���� ����³Ð×ØÙ×Ú�� ���� � Õ Ä ø �� ���� ù�Î ¢� �·� ú ûÖ ÓÔ ü �� ��«Ï�À�� � � ��� � � ý����Í �� �·� þ·� ÿ�� �·� � ���~õì� �´ � � � Ý���� ���������¸ Á��� ��� Ùî�� �} ����� ���|��{���[² �\�»]Æ ��ò� ��� ®� �¢�� ��¢� � ^� Á ·��� Á � Á ����� � �� Ê Ë Ñ� è �¢� � ¢� �·� Ò _ ÑÒ ` Ù��ì~×@×Ú���¸�� �� � �?��>=Î � �·�

< Ì Ó ´� �;êó:��ÿ�� � ����·�Á � � « /� �� ¬ �³ � ®. ¢�

�- �� �� � �Õ � ³ ��� ����� ­�·� Á ���� ,���{��� º»¼�°+ *��� ��

�·�������� � ��� ������� � )��� � ��� �� �³�(­� ��� � Á ��� ¢��ò � � Á � �³ò��ò�Î �>= �·�

� ��� ���� ��� Á �/ �� �� ����' Á �

�é´ øþ ³ �&©�% ¡ � � Þ�·

� �� � � �� � �

� � � �� ��

�� �� �

�� � �� � � �

���� �� � � � � ��� � �� ­ �� � ���� �� � �� � � � ��� � �

� � � �� �� ���� � � ��� �� �� � ��� �� �

� ���� �� � �� � � ���� � ��

� � �� � � �¡ � ¢£¤� ¥ �¦ �� � � � � � §

�¦ ��� ¨ © ª« ¬� ®¯ � �° � ±²³´�� ��� �� � µ � ­

� � ¶ �� · � ¸ ¹º£ » � ¼ ¨ � � � ­ � ¶ � �� �� � � � ½ �

� ¾ ¿¡ �À � � Á ÃÄÅ ÆÇ� È É Ê Ë Ì Í � ÎÏ �À � �� � ´� �� Ð

Ñ� À À � �ÒÓ ÔÕ� Ö× ØÙÚ�� Û ÜÝ £ � �� Þ À � × ß� ��� � Í

�� � À � È � � àÙ ×á ⦠��ã È� ä� � å �� �«� æ� ç � Âè¯ � � é�� ê¾ ¿¡ ëìíîïð ñò� ¼óô õ

� �� Ч öÀ� �¦÷ ½ � øùú ±«�� � � û üû øùú Í � ý þÿ

� À é ~¶ � ­ � � }�À À ® À ® � ���� � ¼ ¨ Ù|

{ � ÎÏ� �� ¿¡ � [�� \ Ù|� � � ¾ ¿¡

]^_ ` çý �� ¯ @ ô°?å ��� >� � � � � Ù ��� ��� �� � =   �

­ <  ­ ��� ; ¥ : ¨� � � ã �

>��� /

£ [À �� �� � . �� �� �� § À � È� � À � Ⱦ ¿¡� ­ � � > � �

Ù �� �� � ��� -,+ ��*) � ( ^ ä '& � Ù¦ ��%

�� �

�� �

��

��

� ��

��

�� �

��

��

� �

� � � �� � �

��

Bauersıma, I. ( )

-B-

GPS

GPS 11

. m

GPS

GPS

GPS

MANAL

GPS

GPS

GPS

MANAL

GPS

MANAL

(MSM)

( )MANAL

.

, Astronomical Institute, Univer-

sity of Berne.

Berg, H. ( ) Dummler’s

Verlag, Bonn.

MANAL Dach R., U. Hugentobler, P. Fridez and M. Meindl ed.

( )MANALp.

GPSEssen, L. and K.D. Froome ( ) The refractive indices

and dielectric constants of air and its principal constitu-

ents at Mc/s.

, .

km km m

Mitteilungen der Satelliten-Beobachtungs-

station Zimmerwald.

Astronomical

Institute of University of Berne,

Proceedings of Physical Society,

NAVSTAR/Global Positioning System

(GPS), II.,

Allgemeine Meteorologie,

Bernese GPS Software Version . .

(B)

0 -

0 -

+32-

,**0 *0

, +

, . +*

,

+ - - + - /

-*

,.

+,

-

-

- 0

,**/ ,**. ,**//1/ /2.

+3.2

,**10+,

+3/+

,**2 ,.***20, 21/

0 - - +*

0

/*

+*

/ *

0.

� �

気象研究所技術報告 第69号 2013

121120

気象研究所技術報告 第 69号 2013

121

気象研究所技術報告 第 69号 2013

Page 13: 1.8 火山周辺での GPS 観測における数値気象モデルを用いた対流 … · 1.8 火山周辺でのgps観測における数値気象モデルを用いた対流圏補正

� �

� �� � � � �

�� � �

� � � �� � �

� � � � �� � � �

� �� � �

� � �� �� � �

� �� � �� �

������ ������ �� ����

�� � ���� ����

�  ­��������������� ���� �� � �� ����� ���¡�¢£ �¤ ¥¦§¨ §©ª�«©�¬® �¯�° ±²

¯�° ±²

³´µ���¶· ¸�¹� º»¼½ ¾¿ÀÁ ÂÃÄÅÆ ÇÈÉÊË ��Ì� ÍÎÏÐÑÒÓ�ÔÕÖ«�×ØÙÚÛ�� ÜÑ ���� ÂÝÏÞ º»¼½ ßà � ¸�¹���á�â� ã�§©�¬® «ä å æçèé ��§ êë

�ì�í·îï�ðñ���§ ã�§ êò§á�ó�Ô¨ôÖõö ã�§©÷øù ú û ü¿ ý ãÙ�Üþ ÿ~

~}|{ } [ \] §�� ����� ãÙ^©� _� `@ ?>����õ=î<·� ��� �; ` Í:­�/ã� . ����-,/��� ã+»*Ô ­�

)®(' àù&%

� �

� ��

��

��

� �

Hopfield, H.S. ( ) Two-quadratic tropospheric refrac-

tivity profile for correcting satellite data.

( )

12

( ) ( )

( ) .

V P- .

Hobiger, T., Ichikawa, R., Takasu, T., Koyama, Y. and pp.

Kondo, T. ( ) Ray-traced troposphere slant delays Mogi, K. ( ) Relations between the eruptions of vari-

for precise point positioning. , e ous volcanoes and the deformations of the ground sur-

e . faces around them. , .

Saastamoinen. J. ( ) Contribution to the theory of

( ) atmospheric refraction. , .

GEONET

P- . ( ) GPS : GPS

Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H. and Collins, J.

( )

ed., Springer Wien New York, . ( ) GPS

( ) p.

( )

. S S .

, .

J. Geophys. Res.,

Earth Planets Space,

Bull. Earthq. Res. Inst.,

Bulletin Geodesique,

Global Positioning System: theory and practice,

th, rev.

+303

+331

,**/ ,**, ., -1 /3

*// *--+00

,**2 +3/2+

. 33 +-.+31-

,**1 +- -.

2 ,**3

,**. +1 -233 +*/ ,**,

,**3 . ,03,+ ,**/

0/ 1+ 1 +2

..21 ..33

.2

.-

0*-0

+*1

+*2

///

/*

1.

気象研究所技術報告 第69号 2013

122122

気象研究所技術報告 第 69号 2013

123

気象研究所技術報告 第 69号 2013