高層気象台彙報 第66号

収録内容

高層気象台彙報 第66号 2006年3月
題  目 著  者
まえがき 廣田道夫
口絵 熊本真理子・阿部豊雄・佐藤昌志
館野の高層気象観測資料でみた2005年12月の寒気変動(速報) [要旨] 熊本真理子・阿部豊雄・佐藤昌志
つくばの地上オゾンデータの補正と経年変化 [要旨] 上野丈夫・馬場広年
放射能ゾンデ観測値の経年変化とその変動要因 [要旨] 井上聖吾・塩水流洋樹・溝端秀之・奥山順健・岩渕真海
反転観測におけるN値の再評価 [要旨] 宮川幸治
再評価後の反転観測とオゾンゾンデ観測によるオゾン鉛直分布の比較解析 [要旨] 宮川幸治
地上到達紫外域日射に及ぼす雲の影響 [要旨] 高野松美
ブリューワー分光光度計用自動遮蔽装置による散乱波長別紫外域日射の定常観測 [要旨] 伊藤真人
広帯域(全天型)紫外域日射計用外部標準ランプ点検装置の開発とその精度 [要旨] 伊藤真人・高野松美
汎用型紫外域日射計 Skye SKU 430 の試験結果 [要旨] 伊藤真人
回折格子型サンフォトメータ PGS-100 の改良およびその効果 [要旨] 居島 修
放射収支計 CNR1 の特性について(第四報)-日射遮蔽通風装置の試作- [要旨] 長井勝栄・長沼 弘

要旨一覧

題目
館野の高層気象観測資料でみた2005年12月の寒気変動(速報)
著者
熊本真理子・阿部豊雄・佐藤昌志
要旨

2005年12月,日本各地は記録的な豪雪・低温に見舞われた.上空の寒気の変動について,主に館野の高層気象観測資料を用いて調査を行った.2005年12月,館野上空における21時の気温の平年偏差(月別平年値(1971~2000年の平均値)との差)をみると,600~500hPaを中心に4~5日周期で寒気の流入が見られ,日本海側の地方を中心に降雪が多かった時期とほぼ一致していた.特に12月18日の600hPaの平年偏差は-13.4℃,22日の500hPaの平年偏差は-15.0℃であった.

また,これまで豪雪による被害の大きかった昭和38年1月豪雪(38豪雪)における1963年1月の寒気変動と比較したところ,今回と同様600~500hPaを中心に寒気の流入が見られた.なお,ともに寒気流入時には対流圏上部から下部成層圏の300~100hPaでは高温域が出現している.異なる特徴として,1963年1月では寒気の流入が22日~27日の数日間持続していたことや,また,寒気移流が最も強かった2005年12月22日21時と1963年1月24日21時の高層断面図を比較すると,圏界面付近の気温は前者の方が低温であったが,下層は後者の方が低温であった(下層の寒気移流が強かった)ことなどが,降雪の違いとなって現れている可能性が考えられる.

今回,主として館野の高層気象観測資料を中心に調査を行ったが,今後,他の地点の資料も含めて調査する必要がある.

題目
つくばの地上オゾンデータの補正と経年変化
著者
上野丈夫・馬場広年
要旨

気象庁は,2002年3月に地上オゾン較正基準を,世界気象機関(WMO:World Meteorological Organization)の全球大気監視プログラム(GAW:Global Atmosphere Watch Programme)の基準へと変更を行った.

高層気象台は,この較正基準の変更に伴い,WMO温室効果ガス世界資料センター(WDCGG:World Data Centre for Greenhouse Gases)へ報告していた1988年8月から2004年10月までの地上オゾンデータの補正を行い,その結果を2005年6月に同センターへ報告した.

1988年8月から2005年12月までの期間,つくばにおける月平均地上オゾン濃度のトレンドは,補正前の近似直線の傾きが-0.10ppb/年,補正後の傾きが-0.20ppb/年となり,補正後の減少の傾向が明瞭であった.

題目
放射能ゾンデ観測値の経年変化とその変動要因
著者
井上聖吾・塩水流洋樹・溝端秀之・奥山順健・岩渕真海
要旨

これまで,放射能ゾンデ観測値の経年変化を調査するため,1991年12月から2003年12月までの期間について,観測値を規格化し調査を行った(井上ほか:2004).しかし,調査対象期間が短かったため経年変化の把握までには至らなかったことから,今回,1979年9月まで遡って観測値の処理方法を統一し,つくばにおける1979年12月から2005年12月までの観測値の経年変化について調査を行った.この結果,以下のことがわかった.

(1) 1980年10月16日を最後に行われた中国の大気圏内核実験によると考えられる放射能の影響は1985年頃まで残っていた.

(2) 1986年4月26日のチェルノブイリ原発事故は放射能が成層圏まで拡散し,その影響が1987年3月と12月の観測に明瞭に現れた.

(3) 検出器の個体差の観点からは代表計数効率による規格化前と規格化後の計数値の変化傾向に大きな差はなかった.

(4) 1988年以降は,大気圏内核実験や大規模な原子力施設事故がなく,人工放射能による影響がない状況のなかで,最大計数値と地上バックグランド値が同じ周期で増減していることがわかった.この変動要因については,放射能ゾンデの観測値が太陽活動の影響を受けている可能性が示唆された.

題目
反転観測におけるN値の再評価
著者
宮川幸治
要旨

ドブソンオゾン分光光度計を用いたオゾン反転観測では,様々な原因により測定N値に含まれるシフトの存在が指摘されている(Reinsel:2002).このシフトの時期は,測器較正や測器交換に関係しており,長期データを再評価する試みが行われている(Petropavlovskikh et al.:2000a, 2001, 2004, Miyagawa and Hirose:2004).シフトは測器毎に太陽天頂角に依存する関係を含んでおり,その評価には測器同士の比較観測が重要であると考えられている.長期データに含まれるシフト誤差は,気象庁のオゾン観測ネットワークが構築された1957年~1980年後半の期間で特に多く含まれ ており,最大で約21Nのシフト誤差が見積もられる.また,測器比較による太陽天頂角(SZA)への依存性はSZA>80°で大きく,最大4 Nである.オゾン鉛直分布の計算においては,器械定数と大気外定数を除くためにSZA 60° (またはSZA≦70°)におけるN値との差N(SZA) - N(60)を用いる.しかし,必ずしもこの標準的な手順により変動要因の多くがキャンセルされるわけではない.例えばシフトが2Nを超えると全ての高度におけるオゾン量が影響を受け,更に太陽天頂角の依存性を伴うことで最大20%前後の誤差が見積もられる.各層のオゾン鉛直分布や長期トレンドの解析においては,誤差要因の解明と共に適正な評価が不可欠である.本稿では,札幌,つくば,鹿児島,那覇の4地点について,測器交換(測器較正を含む)に伴うシフト誤差と反転比較の結果に基づいた太陽天頂角への依存性を評価することにより,過去の長期データセットに対して補正を行うと共にオゾン鉛直分布を再計算した.その結果,若干問題の残る時期はあるものの,概ね各地点の測器の交換時期に対応した不連続な段差を改善できたと考えられる.

題目
再評価後の反転観測とオゾンゾンデ観測によるオゾン鉛直分布の比較解析
著者
宮川幸治
要旨

ドブソンオゾン分光光度計による観測で得られるオゾン鉛直分布は,衛星観測のプロファイル検証や長期トレンド解析で重要な役割を担っている.オゾン鉛直分布の観測は,国内のオゾン観測4地点において,ドブソンオゾン分光光度計による反転観測が1957(1958)年から,また気球を用いたオゾンゾンデ観測が1968年から定常的に実施されている.これらのオリジナルデータを用いた反転観測とオゾンゾンデ観測の比較結果は,既に宮川(2003)によって報告されている.一方,反転観測に含まれる様々な誤差については,REVUE(REconstruction of Vertical ozone distributions from Umkehr Estimates)プロジェクトを契機として評価方法の開発と再評価が行われ,これまで多くの研究報告がある(Kosmidis et al.:2000,Miyagawa and Hirose:2004).また,オゾン鉛直分布の計算アルゴリズムについても,Petropavlovskikh et al.(2004)によってオゾン全量に依存しないForward modelの改訂などが行われ,そのプログラム(UMK04)の研究への利用が可能になった.このような最新の研究成果にもとづき,本稿ではつくばにおける再評価後の反転観測とオゾンゾンデ観測によるオゾン鉛直分布の比較を行った.

オゾンゾンデ観測では,高い高度分解能により地上から高度35km付近(反転観測高度で第7層に相当)までの詳細なオゾン鉛直分布が得られる.反転観測とオゾンゾンデ観測が共に得られる同日の比較データは,2001~2005年の期間に約200例(反転観測が午前と午後に行われている場合は2回)がある.反転観測とオゾンゾンデ観測によるオゾン鉛直分布の比較では,観測時刻や測定時間,高度分解能,測定精度が異なることによる問題があり,厳密な比較が難しい.特に対流圏から下部成層圏にかけてオゾン輸送が活発になる春の時期はオゾン量の時間的変化が大きく,両者で差が拡大することがある.特異な例を除いた両観測の比較から,高度25km以上の第5~7層で10%前後反転観測が系統的に小さい値を示すことがわかった.また,第2~4層のオゾンのピーク付近では逆に10~20%反転観測が大きめの傾向であることがわかった.期間内のバラツキは,対流圏から下部成層圏で大きく,第2~4層では季節変化に起因する増大が見られた.

題目
地上到達紫外域日射に及ぼす雲の影響
著者
高野松美
要旨

気象庁では,数値モデルを活用した紫外線情報の提供を開始した.地上到達紫外域日射は大気中の様々な要因の影響を受け,複雑な挙動を示すことが予想されるため,情報の精度を高めるには,これらの影響を明らかにしておく必要がある.そこで地上到達紫外域日射に影響を及ぼす主な要因と考えられる雲とそれに係わる各種日射量等との関係をとりあげ,実測データに基づいた調査を行った.

本解析では標準紫外域日射量を求め,それに対する照度比R_UVBを算出した.R_UVBについて,太陽を遮蔽する雲の雲形別に区分し,それらと全天日射量,直達日射量,散乱日射量,大気混濁度及び日射散乱率との関係について解析した.その結果,「太陽を遮蔽する雲が無い場合」と「太陽を遮蔽する雲がある場合」とでは特徴が異なることが明らかとなった.

「太陽を遮蔽する雲が無い場合」,R_UVBは,全天日射量と直達日射量が増加した場合,ほぼ一定かやや増加傾向を示すが,散乱日射量,大気混濁度及び日射散乱率が増加すると減少傾向を示した.また,雲量5以下ではR_UVBがほぼ一定で推移し,雲量6以上ではR_UVBが減少傾向を示した.

「太陽を遮蔽する雲がある場合」,R_UVBは,全天日射量,直達日射量及び散乱日射量が増加した場合,増加傾向を示すが,大気混濁度と日射散乱率が増加すると減少傾向を示した.また,R_UVBと全天日射量,直達日射量及び散乱日射量の強弱の示数R_Mについての平均値や最大値は,「積雲系の雲(Ci,Ac,Cu)の場合」と「層雲系の雲(Cs,As,Ns,Sc,St)の場合」で異なった分布を示し,「層雲系の雲の場合」よりも「積雲系の雲の場合」で高い値を示した.

題目
ブリューワー分光光度計用自動遮蔽装置による散乱波長別紫外域日射の定常観測
著者
伊藤真人
要旨

A diffuse Brewer spectrophotometer for continuous operation through seasons was developed by replacing the previous manual shadowing device (Ito : 2005b) with automated shadow unit controlled by computer. In this paper, the system of the automated shadow unit, the setup procedures, and the results of diffuse spectral UVB measurements carried out for six months from August 2005 to January 2006 are presented. They are summarized as follows: 1) The new diffuse system is comprised of black shade ball, rotating frame, automatic rotating unit, binding frame and control PC (set indoors). The whole system was mounted on Brewer MKII #058. Shading of UV quartz dome is bimodal, i.e. intermittent mode and continuous mode. In the intermittent mode, three sets of shade/open time sequences can be programmed in an hour. 2) Shadow effect of the rotating frame was confirmed to be negligible comparing with global Brewer MKII #052 on a clear sky day. 3) Monthly maximum diffuse UVB irradiance ratio (diffuse UVB / global UVB) of 0.908 was observed in October and the minimum of 0.845 in December during the observation period. Average over six monthly means of diffuse UVB irradiance ratio was 0.871 contrasting to 0.552 for diffuse solar irradiance ratio (diffuse solar / global solar). 4) As for daily diffuse UVB irradiance ratio, the minimum of lower limit envelope appeared as 0.62 around early September, which increased toward winter season and reached 0.78. On the other hand, diffuse solar irradiance ratio had the minimum of 0.18 with no significant seasonal dependence during the period. 5) Monthly spectral diffuse UVB irradiance ratio had clear seasonal change and commonly indicated the negative linear dependence on wavelength. 6) Correlation between diffuse UVB ratio and diffuse solar ratio clarified the significantly different behavior of UVB and solar radiation in the atmosphere.

題目
広帯域(全天型)紫外域日射計用外部標準ランプ点検装置の開発とその精度
著者
伊藤真人・高野松美
要旨

To monitor and correct the responsivity change of broadband UV radiometer, an external lamp unit, together with the operation method, was developed at the Aerological Observatory in Tsukuba. The accuracy of this unit including the operation methodology was tested periodically in parallel with the comparison with NIST lamp test results from January to December in 2005. The results are summarized as follows: 1) The external lamp unit using 50W halogen lamp was effectively used for global (upward facing) and reflected (downward facing) UV radiometer in the observation field. By changing the mount of lamp house, the unit could be attached to some kinds of UV radiometers (Kipp & Zonen UV-S-AB-T and EKO MS212WF). 2) Optimal warm-up time of the lamp seemed to be about 20 minutes, which was derived through many experimental tests. 3) Irradiance stability of 0.1%(±0.05%) was achieved by controlling the voltage of the power supply within the range from 11.999 to 12.001V. 4) Comparison experiments were carried out over a year to test the usefulness of the unit and the operation method developed. The result showed that the average responsivities of UV radiometer traced in the field by the external lamp unit using three 50W lamps agreed well within 1% with those determined by indoor NIST lamp tests using six 1000W lamps.

It was demonstrated that periodical application of the external lamp test unit and the operation method system developed can serve as a practical measure to assure the reliability and consistency of UV monitoring network with broadband UV radiometers.

題目
汎用型紫外域日射計 Skye SKU 430 の試験結果
著者
伊藤真人
要旨

A small broadband UV radiometer, SKU 430 was manufactured by Skye Instrument Ltd. in UK. To evaluate the performance of the radiometer, some tests were carried out using NIST lamps, optical filters and the calibration system, as well as outdoor comparison with Brewer MKIII spectrophotometer. The results are summarized as follows: 1) NIST lamp tests by eight lamps showed that the error of calibrated responsivity was less than 4%, bearing in mind that irradiance error of lamp is about 2%. The responsivity changed by +3.5% during three months under solar radiation, and +0.4% in a month in the dark room. 2) NIST lamp tests were repeated by changing the distance between the lamp and the detector surface to find the optimum distance for calibration. The result was that the calibration of the instrument could be properly performed at the distance from 30 to 70 cm with errors of -1.4 to +0.8%. 3) Cosine response deviation from the ideal value of 1/cosZ was under -5% at the zenith angle (Z) from 0 to 35 degrees, under -10% from 35 to 60 degrees, and about -20% at Z = 70 degrees, respectively. The azimuth response test indicated that the best azimuth position (AZ) to minimize the effect of directional response was AZ = 180 degrees (south side). 4) Tests using sixteen kinds of optical filters suggested that about 85% of total output was attributed to the wavelength range of UVB from 280 to 315nm. 5) Water pool on the flat detector surface produced the output decrease of 22% at a maximum. 6) Outdoor comparison between SKU 430 calibrated by NIST lamp and Brewer MKIII showed that the irradiance ratio of SKU 430 to Brewer MKIII scattered around 1.8 at noon for clear sky.

Compact and low-priced, the SKU 430 demonstrated good performance comparable to other UV radiometers such as UV-S-AB-T and MS212WF. Water holding tendency of the flat detector surface is recommended to be improved for all-weather meteorological use.

題目
回折格子型サンフォトメータ PGS-100 の改良およびその効果
著者
居島 修
要旨

従来のサンフォトメータは,干渉フィルターを用いて太陽直射光を分光し,エーロゾルの光学的厚さを測定しているが,フィルターの劣化によって測器定数が変化するという問題があった.この問題を克服するため,回折格子を用いた分光方式の回折格子型サンフォトメータを2002年3月に導入した.しかし,回折格子型サンフォトメータは,紫外域の出力が小さく,1分毎の出力値にバラツキがみられ,波長ずれが生じるという問題点が出てきた.このため,2004年12月に検出器および拡散板を改良し,問題点が改善されたかどうか,また,波長ずれおよび出力の経年変化について調査を行った.

検出器を改良した結果,出力にバラツキがなくなり,安定した出力が得られた.改良前の測器では650nmより長い波長の出力は次第に小さくなり,南中時の900nm付近の出力は650nmの出力の半分以下であった.拡散板の改良によって南中時の900nm付近の出力は,650nmの出力とほぼ同じレベルとなった.また,改良前の測器では,南中時の368nmの出力は500nmの出力の0.11倍であったが,改良後は0.19倍となった.

2002年10月~2006年1月の期間において,酸素の吸収帯付近の出力が最小となった波長を抽出し,その経年変化を調査した.出力が最小となった波長は,夏季になると波長の大きい方へ約1nmずれており,測器温度の上昇によって波長ずれが生じた可能性があった.このため,測器温度を変化させながら水銀ランプのスペクトル線を用いて波長測定を行った.その結果,測器温度の上昇に伴ってスペクトル線の出力が最大となる波長は,約0.3~0.7nm大きい方へずれることが確認された.この結果から,波長ずれが生じないように,測器内部にヒーターを取り付け,測器温度を常に40℃に調整する機能を付加した.

改良前の測器では,3年2ヶ月における出力の経年変化は,500nmと675nmは±2%,その他の波長は±5%であった.改良後の測器では,1年2ヶ月における出力の経年変化は,5波長共に±1%以内であった.

題目
放射収支計 CNR1 の特性について(第四報)-日射遮蔽通風装置の試作-
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)の特性を,第三報では結露防止用ヒーター使用時と日射遮蔽装置使用時の特性を述べた.本報告では新たに日射遮蔽通風装置を試作し,その効果について調査した.

日射遮蔽通風装置は,直射光などによる測器本体への加熱を防ぐとともに,その通風効果により測器の温度変化を小さくする効果があり,観測誤差を小さくした.特にCNR1を,1) 4つのセンサの測定値を個別に使う場合や,2) アルベドメータとして使用する場合,本装置の効果は大きい.しかし,CNR1を放射収支計として使用する場合は,本装置を使用することによりシリコンドーム加熱の影響が下向き長波長放射量に大きくあらわれ,結露無しの通常状態やヒーター使用時の誤差バランスが取れた値に対して結果として精度的に劣る.したがって,CNR1を放射収支計として使用する場合は,シリコンドーム加熱による誤差の除去方法が確立されるまで,通常状態または結露が起こる地域においてはヒーターを常時12Vで使用するのが良い.ただし,この使用方法では,放射収支計としての誤差バランスが崩れない条件であること,またヒーター使用時にはヒーターの影響による誤差が入っていることに注意が必要である.