高層気象台彙報 第65号

収録内容

高層気象台彙報 第65号 2005年3月
題  目 著  者
まえがき 廣田道夫
(口絵)高層気象台の歴史的高層風図 [要旨] 阿部 豊雄
日本上空の気温の経年変化-札幌,館野,鹿児島,那覇,南鳥島の5地点について- [要旨] 中島浩一
回収された落下ゾンデに関する調査 [要旨] 熊本真理子・佐藤昌志・日野原正巳・金子哲治
ゾンデの飛翔予測情報システムの利用について [要旨] 岩坪昇平
ブリューワー分光光度計を利用した散乱波長別紫外域日射の精密観測 [要旨] 伊藤真人
ブリューワー分光光度計による地面反射波長別紫外域日射の精密定常観測結果2004年 [要旨] 伊藤真人
広帯域(全天型)紫外域日射計のNISTランプ検定による測器感度変化と問題点 [要旨] 伊藤真人
放射収支計CNR1の特性について(第三報)-結露防止用ヒーターの影響調査と日射遮蔽装置の試作- [要旨] 長井勝栄・長沼弘
長波長放射計CG4の特性調査(第一報) [要旨] 長沼弘・長井勝栄
サンフォトメータにおける雲判別アルゴリズムの開発 [要旨] 居島修
ボールダーでのWMOドブソンオゾン分光光度計の国際相互比較 [要旨] 宮川幸治
WMO/GAWのフィリピン・マニラにおけるオゾン観測の現状 [要旨] 宮川幸治・Hannagrace F. Cristi
韓国・延世大学でのドブソンオゾン分光光度計の較正 [要旨] 宮川幸治・Jhoon Kim・Hi Ku Cho

要旨一覧

題目
(口絵)高層気象台の歴史的高層風図
著者
阿部 豊雄
要旨

高層気象台は創立85周年を迎える.1920年(大正9年)8月25日に創立し,翌1921年4月から測風気球(パイボール)による上層風の観測を開始した.

『測風気球とはゴム製の気球であって之に水素を填充し測風を目的として飛揚せしむるものである.そして地上に経緯儀を据付けて気球の行動を追跡する.斯くして一分毎の気球の位置を定める.更に計算によって種々の高さに於ける風向風速を知ることが出来る.』(高層気象台彙報第1巻第2号「舘野上空に於ける平均風」(大石:1926)より転載).観測に使用したゴム気球は重量が10~120gの大きさのもので,高高度まで精度良い高層風を観測するには,大きい気球を飛揚し,これを2台の経緯儀で追跡して三角測量の手法により正確な高度を求める双経緯儀法で行った.

口絵1は,1924年12月2日10時7分に120gの気球を飛揚し,写真1の測風経緯儀で凝視し続けて観測した高層風図である.気球は海抜高度9kmに達し,気球までの距離が約53kmのところで,「視力外ニ至ル」(高層気象台:1924)により観測は終了した.このときの気球の直径は約1.6mであり,約18倍の望遠鏡でおよそ1.3km先のピンポン玉を追跡するに等しく,熟練を要する技術である.この結果,観測終了高度の9kmにおいて,72m/秒の高層風を観測した.

大石和三郎 初代高層気象台長は,1926年に「高層気象台報告第1号」を刊行し,この観測結果をエスペラント語で世界に発表した(高層気象台:1926).しかし,ジェット気流の命名と概念が確立する20年前のことで,世界の反響はなく,注目を受けることはなかった.エスペラント語での発表から77年を経て,John M. Lewis氏により,2003年3月号の米国気象学会誌に,「ジェット気流発見史に占める大石博士の観測成果(仮訳)」(Lewis:2003)と題し口絵1の転載を含めて発表され,改めて評価を受けることになった.

測風経緯儀で観測した高層風の鉛直プロファイルを表す口絵1は,80年後の2004年12月2日09時に自動追跡型方向探知機で観測した口絵2と比較して,如何に精度良く観測されていたかを伺い知ることができる.この図は,ジェット気流の存在を世界に先駆けて報告した,高層気象台の観測業績を誇る歴史的な高層風図である.

題目
日本上空の気温の経年変化-札幌,館野,鹿児島,那覇,南鳥島の5地点について-
著者
中島浩一
要旨

日本上空の気温の変化傾向を調べるため,5地点を選び経年変化および気温変化率について調査を行った.選択地点は,札幌(1951~2003年),館野(1953~2003年),鹿児島(1951~2003年),那覇(1973~2003年),南鳥島(1971~2003年)で,資料は21時(JST)の高層気象観測における指定気圧面の月平均気温値を用いた(各地点に付した括弧内は使用した資料の期間).

調査の結果次のことがわかった.年平均気温の経年変化から,対流圏下部では全地点でやや昇温化(850hPaで+0.05~+0.12℃/10年),成層圏下部では全地点で低温化(100,50hPaで-0.36~-0.07℃/10年)していることが認められた.対流圏上部では,高緯度地点は低温化,低緯度地点は昇温化の傾向がみられた.

季節別の気温変化率では,地上付近(1000hPa)は季節を問わず昇温化,成層圏下部は低温化していた.対流圏上部(特に200hPa付近)は季節による変動が大きく,成層圏中部では全般的には低温化の地点が多いものの,20~15hPaでは,主に春季,夏季に昇温化している地点がみられた.

題目
回収された落下ゾンデに関する調査
著者
熊本真理子・佐藤昌志・日野原正巳・金子哲治
要旨

2002年10月より観測終了後の落下ゾンデについて,発見者からのフリーダイヤルによる通報受付が始まり,高層気象台では2004年12月までに97件の落下ゾンデに関する通報があり,観測第二課職員による落下追跡で回収した4件を含め,101件について調査を実施した.

事例を調査したところ,パラシュートが開き正常に機能している場合は,地上付近での落下速度が4m/s以下で,気球の残量による落下速度の差異が認められなかった.また,落下速度が5m/s以上の場合,パラシュートの中ひもや支えひも付近に,巻下器やパイプ取付板,気球残骸が絡んで次第にパラシュートの支えひもが撚れて絡むことにより,パラシュートの開傘が妨げられたと思われる状況がほとんどであった.

題目
ゾンデの飛翔予測情報システムの利用について
著者
岩坪昇平
要旨

高層気象台において開発されたゾンデの飛翔予測情報システムを利用するにあたって,実際にゾンデが落下した位置と数値予報資料を用いて計算した予測位置との比較・検証,及び直近に観測されたゾンデデータを用いて計算した推定位置と数値予報資料を用いて計算した結果との比較・検証を行った.その結果,実際に落下したゾンデの位置と予測位置との距離差が全体の8割に達するのは40km以内であったのに対し,直近のゾンデデータを用いて計算した推定位置との距離差が全体の8割に達するのは60km以内であり,数値予報資料を用いた落下位置予測の優位性を確認した.予測の妥当性については,飛揚各官署のデータと各官署共通のパラメータを用いて予測した結果から,飛揚官署に関係なく予測楕円内に想定する確率通り(70%)にゾンデが落下するという結果が得られた.また,飛翔予測情報システムの実運用化のため,地図描画の導入やグラフィカルな操作性を可能とする等システムの利用上の改善を行った.

題目
ブリューワー分光光度計を利用した散乱波長別紫外域日射の精密観測
著者
伊藤真人
要旨

A Brewer spectrophotometer with simple shadow unit for observing diffuse spectral UVB was developed at the Aerological Observatory, Tsukuba. This paper presents the results of diffuse spectral UVB measurements carried out from June (summer) to December (winter) in 2004. They are summarized as follows; 1) Simple shadow unit comprised of free frame and a black ball was mounted on Brewer spectrophotometer MKII #058. Shadow effect of the free frame was confirmed to be negligible comparing with Brewer #052 on a clear day. By comparing with Brewer #052 (replaced by #113 on a temporary basis) the responsivity of unshadowed Brewer #058 was monitored during the measurements. They agreed within 1 percent under selected clear and fine sky conditions. The daily responsivity trend of Brewer #058 was also traced in the same way as routine UV observation. 2) Shadowed Brewer #058 and unshadowed #052 (#113) were run by time-controlled scan uz.rtn which is a special routine for instrument intercomparison. UVB diffuse ratios (diffuse/global) were calculated for a total of twenty clear and fine days. The diffuse ratio showed a daily pattern of shallow sinusoidal concave with the minimum value at noon. During the daytime from 9.5 to 14.5 JST (Japan Standard Time) the mean ratio was about 0.81 (0.77 for clear, 0.87 for the rest) and the minimum 0.77 (0.74 for clear, 0.88 for the rest) in contrast with the deep flat pan pattern of solar diffuse ratio the mean value of which was about 0.19 for clear days. As a whole the UVB diffuse ratio was 3.5 to 4 times larger than the solar diffuse ratio around noon. Linear wavelength-dependence of the spectral UVB diffuse ratio was recognized and the gradient was about -0.3 %/nm. The UVB diffuse ratio decreased toward winter but the tendency was weaker than the solar diffuse ratio. 3) Relations between UVB diffuse ratio and some atmospheric conditions were examined. Due to remarkable difference of the daily pattern, the solar diffuse ratio related to the UVB diffuse ratio roughly as 0.1 versus 0.6 (0.5 for summer, 0.7 for late autumn to winter), 0.4 versus 0.98 (0.96 for summer, nearly 1.0 for late autumn to winter), and 0.5 versus the saturated value of 1.0, respectively. Atmospheric turbidity, visibility and cloud amount affected the UVB and solar diffuse ratios in a similar way but the steepness of the correlation curves were fairly different.

題目
ブリューワー分光光度計による地面反射波長別紫外域日射の精密定常観測結果2004年
著者
伊藤真人
要旨

A modified Brewer spectrophotometer, together with the calibration method, was developed at the Aerological Observatory in Tsukuba to observe reflected UVB radiation on the ground surface (Ito:2004). Using the Brewer system reflected spectral UVB measurement of the grass field was made from December 2003 to January 2005 to characterize the seasonal variation. The measurement was carried out in parallel with the routine global UVB observation on the rooftop. The results excluding snowfall days are summarized as follows; 1) Monthly reflected UVB had the maximum in April (July for global UVB) and minimum in December (December for global UVB). The monthly maximum UVB reflectivity of 0.020 was observed in March and the minimum of 0.012 in October. Annual mean of the monthly UVB reflectivity was 0.016 comparing with 0.183 for solar radiation. 2) As for the case of daily total of the reflected UVB, the maximum of the upper limit envelope appeared at around 100 JD (early April) and the minimum at around 355 JD (late December) whereas the maximum of global UVB was found at around 180 JD (late June) and the minimum at around 360 JD (late December). In the same way, the maximum daily UVB reflectivity of 0.024 was found at around 95 JD (early April). The minimum daily UVB reflectivity of 0.012 to 0.014 appeared in summer through autumn, which was disturbed by intermittent field mowing. The variation of the UVB reflectivity in this period seemed to represent the "absorbing effect of UVB by vegetation". 3) Spectral UVB reflectivity of dried grass surface indicated linear wavelength-dependence of higher reflectivity at longer wavelength, but no significant wavelength-dependence for green grass cover. 4) Seasonal change of UVB reflectivity was similar to the solar reflectivity in winter to spring seasons. On the other hand, they differed in summer to autumn due to strong absorption of UVB by vegetation.

題目
広帯域(全天型)紫外域日射計のNISTランプ検定による測器感度変化と問題点
著者
伊藤真人
要旨

Aging characteristics of seventeen broadband UV radiometers, namely nine of Kipp & Zonen (UV-S-AB-T), one Sin-Tec (UV-S-AB-T) and seven of Eko (MS210, MS212WF, MS212W) were analyzed on the basis of NIST lamp calibration results. They showed a variety of responsivity trends. Some of them indicated high stability or monotonous degradation with exposure time, while another gained higher responsivity by insolation. In the latter case the responsivity seemed to reach saturated value in a few months or years depending on the instrument. For many of the instruments the rate of responsivity change was 5 to 10 percent per year and the maximum was over 40 percent. Two instruments of the same manufacturer, one of which was exposed continuously and the other kept indoors, seemed to show a similar responsivity degradation of about 90 percent during fourteen years, which suggests a certain degrading factor other than insolation. The broadband radiometers calibrated by NIST lamp were compared with Brewer spectrophotometer by measuring the solar UVB irradiance. The irradiance ratios to Brewer scattered in the range of 0.8 to 1.2 for five of the same type with an exception of 2.0. Two of another type indicated a senseless ratio of 22. The cause of such large discrepancy remains unresolved.

題目
放射収支計CNR1の特性について(第三報)-結露防止用ヒーターの影響調査と日射遮蔽装置の試作-
著者
長井勝栄・長沼弘
要旨

放射収支計CN11に代えて導入する予定の放射収支計CNR1について特性を調査している.第一報では一度に放射収支量を測定するモード(NRM)の特性を,第二報では4つのセンサ出力を個別に測定するモード(4SCM)での特性を述べたが,本報告ではドームの結露対策のために使用されるヒーターのデータに与える影響について,及び試作した日射遮蔽装置の効果について調査した.

結露対策のために装備されているヒーターを複数の条件で試験した.ヒーターを適切に使用することによって結露をかなり防ぐことができたが,短波長放射はヒーターの影響を受けるため,そのための誤差が生じた.

試作した日射遮蔽装置は測器本体の直射光などによる加熱を防ぐのに有効であった.これを使用することにより基準値に対する感度の係数が,4つのセンサで近い値になり,感度値の違いによる誤差を小さくすることが出来た.

今後は,測器全体を覆う構造の通風装置完成後の試験,CG3upperのシリコンドーム加温による二次放射の問題について調べる必要がある.

題目
長波長放射計CG4の特性調査(第一報)
著者
長沼弘・長井勝栄
要旨

Kipp & Zonen社製の長波長放射計CG4は,これまで広く用いられてきたEppley社製長波長放射計PIRに比べて,直達日射からの遮蔽やドーム温度の測定が不要といった長所を持ち,今後の利用増が予想される.

一方その特性把握や校正手段の確立はこれからの課題である.現時点では,CG4は直接の校正装置がないため,基準となる測器との比較観測により校正係数を求めることとなる.

今回,3台のCG4について特性把握の調査も兼ねてPIRとの比較観測を行ったところ,天候に依存する形で日中にPIRに対して値が大きくなる傾向があることがわかった.日中の増加については,一見すると,フィルターで遮断しきれない日射の影響を受けているように見えるが,検討の結果,日射そのものが直接の原因ではなく,日射に曝されることで測器の熱平衡に偏りが生じ誤差の要因となっている可能性が高いと考えられる.

題目
サンフォトメータにおける雲判別アルゴリズムの開発
著者
居島修
要旨

サンフォトメータ観測においては,太陽面および近傍に雲がある場合に,エーロゾルによる大気混濁度を正確に求めることができないことから,雲の有無の情報が重要である.雲の有無の判別は,観測者が目視により判別する場合は可能であるが,ラングレー検定のように,連続で測定する場合は,太陽面に雲がかかっていないかを把握するのは困難である.このため,太陽面の雲の有無を判別するアルゴリズムの開発を試みた.サンフォトメータは回折格子型を用い,エーロゾルの光学的厚さ(AOD),およびオングストロームパラメータα,βの平均値および標準偏差を求め,季節毎にそれぞれの平均値と標準偏差について閾値を設け,これらの閾値を用いて雲の有無の判別を行った.それぞれの雲の有無の判別方法をすべて用いることにより,太陽面に雲のかかったデータを78%除去することができた.太陽面に雲がかかり,AODが大きく変化している場合は,雲のかかっているデータを有効に除去できたが,AODが小さく,雲の判別がつき難い薄い雲については,雲の有無の判別が困難で除去できない場合があった.

題目
ボールダーでのWMOドブソンオゾン分光光度計の国際相互比較
著者
宮川幸治
要旨

The WMO/GAW intercomparison of Dobson ozone spectrophotometer was held from 7 to 30 September 2004 at the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in Boulder, USA. During the intercomparison, the Asian standard Dobson No.116 was compared with the world standard Dobson No.83 in collaboration with the ozone group at the Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory (CMDL) of NOAA where the world Dobson standard is maintained. The purpose of this event was to calibrate total ozone measurement as well as the improvement of umkehr measurement for vertical ozone profile. The first comparison measurements of total ozone were carried out in the morning hours on 9 September. The error of No.116 was 0.0 percent when referred to the total ozone of 300 m atm-cm, which proved no substantial calibration shifting occurred from the old factor determined three years before at Mauna Loa in Hawaii. The internal optics of No.116 was generally in good condition though a dirt spot was found on a mirror. The right-side mirror was replaced with a German quartz-coated mirror provided by CMDL. After the mirror replacement optical adjustment and instrument maintenance of No.116 were performed. The final comparison of total ozone was carried out on 17 September and the new calibration factor of No.116 was determined. Umkehr comparison measurements for evaluating the characteristics of vertical ozone profile by Dobson spectrophotometer were tried several times during the period, and two sets of ozone vertical profiles were obtained. ECC ozonesonde was also launched twice on 15 September when one of the umkehr measurements was successfully completed. The comparison result of umkehr and ECC ozonesonde measurements will be utilized as a reference for evaluating the Dobson umkehr measurement. The Asian standard Dobson No.116 was upgraded to the new automatic Dobson system of Windows version in 2001. During this intercomparison all the measurements and lamp tests were processed in fully automatic mode using the Windows comparison programs of the new system.

題目
WMO/GAWのフィリピン・マニラにおけるオゾン観測の現状
著者
宮川幸治・Hannagrace F. Cristi
要旨

The World Meteorological Organization Global Atmospheric Watch (WMO/GAW) has assigned the Japan Meteorological Agency (JMA) to be the Quality Assurance/Science Activity Center (QA/SAC) for Asia and southwest Pacific region (Region II/V). The Aerological Observatory of JMA in Tsukuba is responsible for the calibration of all the Dobson spectrophotometers in the region in order to come up with quality assured and globally standard total ozone data. One of the activities of the JMA QA/SAC is the field survey. An expert from JMA QA/SAC made the first field survey in the Philippine Atmospheric, Geophysical and Astronomical Services Administration (PAGASA), Philippines in March 22-31, 2004 to evaluate, repair and calibrate the Dobson Spectrophotometer (No.52). Before the arrival of the expert, Dobson No.52 stopped its operation in preparation for the site transfer. Meanwhile during the instrument check-up some parts are found to be defective and replacement was performed. The observers were briefed with the observation method and proper instrument maintenance. The computer software with training was provided for the total ozone data management. The instrument is now operational in the new site but there is still an urgent need for intercomparison with the standard Dobson No.116.

題目
韓国・延世大学でのドブソンオゾン分光光度計の較正
著者
宮川幸治・Jhoon Kim・Hi Ku Cho
要旨

At Yonsei University in Korea, the ozone observation using Dobson ozone spectrophotometer is the 20th year since the commencement in 1984. The international ozone workshop (Joint International Workshop on Ozone and ILAS-II Science Team Meeting), which commemorated the 20th anniversary of ozone observation in Korea, was held at Yonsei University in November 2004. Associating with the workshop, Yonsei University performed the instrument calibration of Dobson No.124 for maintaining the measurement accuracy of ozone observation. The intercomparison of Dobson in Seoul was the first trial performed by shipping the traveling reference Dobson calibrated by the Asian regional standard No.116 in Japan. The Dobson No.124 is maintained at Global Environment Laboratory, Yonsei University and the result of ozone observation is reported to the World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre (WOUDC). In the Dobson intercomparison at Yonsei University, comparison measurements, instrument maintenance, in-depth lamp tests, and the technical study were carried out during the two weeks. Finally, the Dobson No.124 was adjusted to an accuracy of less than 1 percent in total ozone comparing with the traveling reference. As in this case in Korea, on-site Dobson calibration by traveling reference instrument and the expert avoids possible characteristic shift of the comparison instrument due to transportation. Additional merits are the best-suited technical advice offered through the survey on the site environment, personnel, operation practice and data handling, as well as the information sharing of the latest technology among the participants. The practical discussion and strategy in accordance with the needs of the site is the key to successful station updating.