高層気象台彙報 第67号

収録内容

高層気象台彙報 第67号 2007年3月
題  目 著  者
まえがき 林 則雄
(口絵)アジア地区ドブソン分光光度計国際比較キャンペーン期間中のオゾン全量の急増現象 宮川幸治
アジア地区ドブソン分光光度計の国際相互比較2006 [要旨] 宮川幸治・赤木万哲
高層気象観測資料からみた平成18年豪雪の特徴 [要旨] 伊藤智志・熊本真理子
ブリューワー分光光度計による地面反射・散乱波長別紫外域日射の年変化 [要旨] 伊藤真人
陸別のブリューワー分光光度計常数校正と紫外域日射量・オゾン全量 [要旨] 伊藤真人・小野雅司・能登美之
カナダMSCにおけるブリューワー分光光度計の国際測器相互比較2006年と新型検定装置の精度 [要旨] 伊藤真人・Tom GRAJNAR・Michael BROHART・Vladimir SAVASTIOUK・Ken LAMB
下向き長波長放射観測への障害物の影響について [要旨] 廣瀬保雄・本田耕平
サンフォトメータ観測における雲判別アルゴリズムの検証及び評価 [要旨] 居島 修
雲監視装置による全雲量算出方法とその結果 [要旨] 高野松美
RS2-KC96型オゾンゾンデの対流圏下部におけるオゾン測定の改善 [要旨] 鎌田浩嗣・茂林良道・岩野園城・佐々木利・伊藤智志・岩渕真海・野村幸弘・岩坪昇平
ドブソン分光光度計の自動化ウィンドウズシステムの高度化 -コンパクトPCI制御方法への移行- [要旨] 宮川幸治
係留気球観測装置地上システムの改良 [要旨] 馬場広年・工藤美華子
生分解性素材を用いたパラシュート一体型巻下器の開発 [要旨] 金子哲治・中島浩一・日野原正巳
高層気象台における放射能ゾンデ観測48年の記録 [要旨] 高層気象台 観測第二課

要旨一覧

題目
アジア地区ドブソン分光光度計の国際相互比較2006
著者
宮川幸治・赤木万哲
要旨

Worldwide ozone layer monitoring and trend detection are now being conducted by combining ozone observations from the ground surface, ozone sondes and satellites. Of these, total ozone observation with Dobson ozone spectrophotometers at surface stations has provided the most basic data for atmospheric ozone and environmental research. Long-term and quality total ozone records by Dobson spectrophotometers worldwide are utilized in the WMO/GAW program for the most reliable and accurate evaluation of the status of the ozone layer. For this reason, the WMO/GAW recommends regular comparison of Dobson instruments every four years to ensure the uniformity and consistency of global ozone measurements.

The Japan Meteorological Agency maintains the Regional Standard of Dobson instruments in Asia and held the Dobson Regional Intercomparison for Asia at the Aerological Observatory in Tsukuba from March 6 to March 24, 2006. This event was sponsored by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport and funded by the Official Development Assistance (ODA) of the Japanese Government. Participants came from India, Iran, Pakistan, the Philippines and Thailand, and experts from the US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and the Czech Hydro-Meteorological Institute (CHMI) attended. Participating instruments were inspected, cleaned, and adjusted to an accuracy of 1% as targeted by the WMO/GAW program. During the intercomparison, participants were provided with practical training in instrument maintenance and learned skills of various instrument adjustments to cope with minor hardware failures. Data processing software developed at the Aerological Observatory was offered as well and was expected to be a useful tool for helping the participants to avoid human error in data processing of measurements. In the workshop held during the last half of the intercomparison, each participant presented a country report, a NOAA expert lectured on the GAW ozone monitoring network and the calibrations structure, the importance of ozone monitoring was actively discussed, and participants exchanged information.

題目
高層気象観測資料からみた平成18年豪雪の特徴
著者
伊藤智志・熊本真理子
要旨

平成18年豪雪における日本海沿岸への寒気の流入と降雪の関係,および秋から冬にかけての低気圧活動と寒気の動向について,各地の高層気象観測資料などから解析を行った. 2005年12月は中層が寒気に覆われていたため,降水が雨ではなく雪として降ることが多かった.対流圏中層へ寒気の中心が流入して気温が低下するときとほぼ同じタイミングで降雪が多かった.日本付近への寒気の流入経路は,比較した2000年と2004年より南側の経路が多く,流入する寒気の中心位置の近傍で降雪が多かった.

強い寒気の動向に影響をもたらす2005年11~12月の低気圧活動は,他の年に比べて日本に近いところで発達しており,寒気の流入経路が南よりであったことと符合した.また,2005年11~12月には広範囲で雷活動が活発であった.館野の高層気象観測資料によると,11月中旬~12月下旬にかけて,対流圏中・下層で気温の負偏差,上層で正偏差が継続し,12月には対流圏中層で寒気が断続的に観測された.11月中旬から偏西風が強まる一方,日本付近では偏西風の蛇行により,高緯度から南下した寒気が日本付近を覆いやすい特徴があった.

題目
ブリューワー分光光度計による地面反射・散乱波長別紫外域日射の年変化
著者
伊藤真人
要旨

A modified Brewer spectrophotometer for observing reflected UV radiation on the ground surface and an automated shadow unit controlled by computer to observe diffuse UV radiation in the sky, together with the calibration and the monitoring methods of instrument responsivity, were completed at the Aerological Observatory in Tsukuba (Ito:2004, 2006). In this paper, the results of reflected and diffuse spectral UV measurements carried out from December 2003 to December 2006 and from August 2005 to December 2006, respectively, are compared with global UV and solar radiation data. The results using the named symbols (RF uv, reflected UV ; DF uv, diffuse UV ; GL uv, global UV ; RF solar, reflected solar irradiance ; DF solar, diffuse solar ; GL solar, global solar ; RRF uv, reflectivity of RF uv/GL uv ; RDF uv, diffusibility (diffuse solar irradiance ratio) of DF uv/GL uv ; RRF solar, reflectivity of RF solar/GL solar ; and RDF, diffusibility of solar DF solar/GL solar) are summarized below.

1) Monthly mean of daily total RF uv excluding snow cover days was maximum from March to April, minimum from December to January, and a weak maximum from July to August. The monthly mean of daily RRF uv had a maximum from January to April and a minimum from June to September. The three-year average of monthly means of daily total RF uv (UVB) was 214J/m2 compared with 2,582kJ/m2 for RF solar. The three-year average of monthly mean of RRF uv (UVB) was 1.6% compared with 18.8% for RRF solar. 2) The monthly mean of daily total DF uv was the maximum from May to August (peak in August) and minimum from December to January in 2006. The monthly mean of daily RDF uv was maximum from June to July and from January to February (peak in October 2005) and a minimum in March and September. The annual mean for the monthly mean of daily total DF uv (UVB) was 10,747J/m2 compared with 6,899kJ/m2 for DF solar. The annual mean for the monthly mean of RDF uv (UVB) was 87.0% compared with 66.9% for RDF solar in 2006. 3) Daily total RF uv was maximum at around 110JD (early April) and minimum at around 360JD (late December). Daily RRF uv was about 2.7% in the maximum period from 65 to 95JDs (late March to early April), and about 1.2 % in the longer minimum period from 180 to 270JDs (early June to late September) due to the UVB absorbing effect of vegetation. 4) Daily RDF uv was maximum from 200 to 210JDs (late June) and minimum around 360JD (late December). For daily RDF uv, the minima of the lower limit envelope appeared as about 60% at around 120JD (from late April to early May) and around 270JD (late September to early October), and the maxima of the envelope were about 88% and appeared at around 170JD (middle June) and around 350JD (middle December). 5) Annual relative amplitudes of RF uv, DF uv and GL uv (as total irradiance of TUV, UVB, DUV and CIE) were larger than that of solar irradiances. The total UV irradiances at shorter wavelengths indicated larger amplitudes in the order of DUV>CIE>UVB>TUV. 6) Daily spectral RRF uv from winter to spring exhibited linear wavelength dependence with higher reflectivity at longer wavelengths, but no significant wavelength dependence in summer due to the UVB absorbing effect of vegetation. Daily spectral RDF uv from autumn to winter exhibited linear wavelength dependence with lower diffusibility at longer wavelengths, but no significant wavelength dependence in other seasons. 7) Relations between UV (RF uv, DF uv and GL uv) and solar (RF solar, DF solar and GL solar) irradiances were examined. The maximum correlation factor was found in GL, and the order was GL>RF>DF. The correlation factors depended on month. 8) The annual mean of direct UV irradiance DR uv was calculated from GL uv and DF uv. The ratios of DR uv, DF uv, and RF uv to GL uv were about 17% (13%), 83% (87%) and 1.8% (1.6%) respectively in 2006 (the percentage values are the ratios of monthly mean of daily total irradiances (values in parentheses represent the monthly mean of daily irradiance ratios)). In case of solar irradiance, the ratios were 44 % (33%), 56 % (67%) and 20% (19%) respectively.

Seasonal data of global UV radiation, diffuse UV radiation and reflected UV radiation were obtained by using carefully maintained Brewers. They revealed remarkable differences of UV radiation components from solar radiation in the atmosphere. The accuracy of ss data using ss.rtn can be evaluated by comparing with the value of DR uv calculated from DF uv and GL uv.

題目
陸別のブリューワー分光光度計常数校正と紫外域日射量・オゾン全量
著者
伊藤真人・小野雅司・能登美之
要旨

Brewer spectrophotometer #057 of the National Institute for Environmental Studies, Japan (NIES) was repaired and calibrated in the laboratory of Aerological Observatory, JMA, in 2005. It subsequently produced UV data and O3/SO2 data at NIES’ Rikubetsu station from Nov. 2005 to Dec. 2006. These activities are summarized as follows. 1) Instrument constants for UV observation were calibrated by NIST lamp tests and compared to Brewer MKIII #173 and for O3/SO2 by comparisons to Dobson spectrophotometer #125 (#116) and Brewer MKIII #174, after optical adjustment. 2) An instrument monitoring system with the same high accuracy as JMA’s system was established at Rikubetsu. 3) The high accurate daily instrument responsivities from Nov. 2005 to Dec. 2006 could be produced, now that the difference of calculated responsivities between the method by NIST lamp tests and that by external lamp tests was within 1% at Rikubetsu in Dec. 2006. 4) The annual mean of UVB irradiance at Rikubetsu in 2006 was about 10.8kJ/m2 compared with 11.6kJ/m2 at Sapporo station, and the seasonal change in a year was almost the same as for Sapporo. 5) The annual mean of O3 at Rikubetsu in 2006 was about 360m atm-cm compared with 353m atm-cm at Sapporo, and the seasonal change in a year was almost the same as at Sapporo. 6) Lower intensity annual SO2 was observed at Rikubetsu.

題目
カナダMSCにおけるブリューワー分光光度計の国際測器相互比較2006年と新型検定装置の精度
著者
伊藤真人・Tom GRAJNAR・Michael BROHART・Vladimir SAVASTIOUK・Ken LAMB
要旨

Experiment studies using NIST standard lamps and the intercomparison of Brewer spectrophotometers for UVB observation between the Canadian standard (MKIII BR#145) and Japanese standards (MKIII BR#174 and MKII BR#113) were conducted March 7 to 28, 2006, at the Meteorological Service of Canada (MSC). These studies and intercomparisons were carried out as the MSC-JMA joint project “Cooperation on the Advanced System for Hazardous Solar Ultraviolet Radiation Spectrum Monitoring with Brewer Spectrophotometer” in the framework of the Canada-Japan Cooperative Agreement on Science and Technology.

The results were as follows

1) The difference of instrument responsivity ratios determined by several NIST lamp calibration methods using three systems (MSC, new IOS and JMA) exhibited the following various ratios as “S_D(L/H)” (S system, D distance, L normal or reverse lamp direction, H normal or open lamp housing installation). (a) JMA_50(N/N)/MSC_40(N/N)=1.033. (b) IOS_40(N/N)/MSC_40(N/N)=1.000. (c) IOS_50(N/N)/MSC_40(N/N)=1.005. (d) JMA_50(N/N)/JMA_50(N/O)=1.020. (e) IOS_50(N/N)/JMA_50(N/O)=0.993. (f) MSC_40(N/N)/JMA_50(N/O)=0.988. The difference of 3.3% between MSC and JMA systems proved an estimated difference of 2 to 3% from the last comparison and test at MSC in 2002. The difference of responsivity between the new IOS and MSC systems at D (distance)=40cm agreed within 0.0%. The irradiance by the new IOS system at D=50cm indicated almost the same irradiance (0.7%) as the ideal calibration without lamp housing in a darkroom.

2) Comparison between BR#145 and BR#174(BR#113) for eight days revealed the following ratios of measured solar UV irradiances. (a) Ir#174/Ir#145: from 0.956 to 0.966. (b) Ir#113/Ir#145: from 0.961 to 0.981. After correction considering the difference of 3.3% between MSC and JMA NIST lamp calibration systems, their ratios changed as follows. (a) Ir#174/Ir#145: from 0.987 to 0.998. (b) Ir#113/Ir#145: from 0.993 to 1.006. The irradiance ratios between BR#145 and BR#174(BR#113) after the correction agreed within about 1%. Based on the fact that these comparison results were almost the same as the results by previous comparisons in 1994, 1998 and 2002, and that the JMA system was not changed from 1989, we concluded that the irradiance level of the NIST lamp calibration of the Brewer Spectrophotometer at Aerological Observatory, JMA, has been kept 3.3% higher than MSC’s lamp calibration for 17 years.

題目
下向き長波長放射観測への障害物の影響について
著者
廣瀬保雄・本田耕平
要旨

This paper describes a trial method for evaluating measurement error induced by surrounding surface obstacles such as buildings or vegetation in downward long-wave radiation measurement utilizing the Moderate-Resolution Transmittance Code (MODTRAN) for four standard model atmospheres. The geometrical distance distribution of the obstacles viewed from the sensor is an important factor in estimating the influence of obstacles on DL measurement. Diagrams were constructed for this purpose. A series of evaluating procedures was applied to an existing urban sky, providing a good reference relation between the obstacle condition and the influence.

題目
サンフォトメータ観測における雲判別アルゴリズムの検証及び評価
著者
居島 修
要旨

サンフォトメータによるエーロゾルの光学的厚さの観測では,太陽面に雲がかかっている場合,雲による影響を受けるため,太陽面の雲の有無を適確に判別することが重要である.本稿では,つくばのデータを用いて,気象庁のエーロゾル観測官署で用いられている雲判別アルゴリズムの検証を行った.また,NASAで公開されている雲判別アルゴリズムの評価と,このアルゴリズムがつくばのデータに利用可能かどうかを調査した.その結果は以下のとおりである.

(1) 気象庁で用いている雲判別アルゴリズムは,エーロゾルの光学的厚さの観測時刻前後3分間(合計7分間)の標準偏差が0.03以上の場合,雲がかかっていると判断している.検証した結果,太陽面に雲がかかったデータの8割を除去できたが,季節によって除去できる割合が大きく変わることが確認された.

(2) NASAで公開されている雲判別アルゴリズムの評価を行った結果,太陽面に雲がかかったデータの約9割を除去し,誤った判別は1割未満であった.この雲判別アルゴリズムをつくばの1日の連続した観測に用いた結果,雲の有無の判別に有効であることが確認された.

題目
雲監視装置による全雲量算出方法とその結果
著者
高野松美
要旨

雲監視装置PSV-2000を導入したことにより,連続的な天空状況の把握が可能となった.そこで,この装置で得られる全天空画像から雲の有無を判別し,全雲量の算出を試みた.

全天空画像の雲の有無を判別する閾値STHを決定するため,画像内の8×8(計64)ピクセルについて平均彩度SAVGを算出し,肉眼で判別した同領域の雲の有無との関係を調査した.その結果,閾値STHは,「厚い雲」のSAVGに対する相対度数の累積和(小さい方から)が0.97となった時に決定され,0.05が適切な値であることを確認した.この閾値STHにより全天空画像の全雲量NCを算出し,目視全雲量NOとの雲量差⊿N(目視全雲量NO-全雲量NC)を比較したところ,⊿N=±2以内で両者の一致する割合は,全データの80.3%となり,またZA<80°の範囲でほぼ80%以上を示した.このことから,本稿での閾値の算出方法が有効であると判断した.今後,精度をより向上させるためには,大気混濁係数や上層雲の種類を考慮した閾値を検討する必要がある.

題目
RS2-KC96型オゾンゾンデの対流圏下部におけるオゾン測定の改善
著者
鎌田浩嗣・茂林良道・岩野園城・佐々木利・伊藤智志・岩渕真海・野村幸弘・岩坪昇平
要旨

RS2-KC96型オゾンゾンデはJOSIE-2000やBESOS 2004等のオゾンゾンデ国際比較において,対流圏下部でオゾン量が少なく算出されるというオゾン過小評価が指摘されているため,その実態と要因について調査を実施した.その結果,RS2-KC96型オゾンゾンデは飛揚前に平均で15.2%,最大45.1%の過小評価状態となっていた.更にこの過小評価状態は,オゾンゾンデ国際比較において,成層圏で発生していないことから対流圏を上昇中に解消されると推測されるが,どう解消されていくのかを確認するために連結飛揚実験を行った.その結果からは対流圏を上昇していく過程で徐々に過小評価状態が解消していく様子が確認された.今回の調査結果から飛揚前点検における「オゾン慣らし」の時間を現行手順の10分よりも長く1時間程度実施すると,対流圏下部でのオゾン過小評価状態を改善できることがわかった.

題目
ドブソン分光光度計の自動化ウィンドウズシステムの高度化 -コンパクトPCI制御方法への移行-
著者
宮川幸治
要旨

An advanced system of automated Dobson ozone spectrophotometers utilizing compact PCI successively began routine operation in the GAW ozone observation network (Tsukuba, Seoul, Sapporo, and Naha) in June 2006. The first domestic version of an automated Dobson system in the DOS environment was developed at JMA’s Aerological Observatory in 1994. This was followed by an upgraded Windows version in 2000, which realized high adaptability to the latest Windows PC and a flexible data handling system by taking full advantage of the Windows interface. The newly developed current version of an automated Dobson system (WINDOBSON 2006) was designed to be universal and has been converted into an international version by adopting a compact PCI for hardware control on Windows XP and language-independent programs in data processing, display and output. In March 2006, the Japan Meteorological Agency began providing the data processing programs of the new system to the GAW ozone community at the request of WMO. These programs are expected to be useful tools for ozone data processing even at manual operating Dobson stations. The whole automated system was installed on the Dobson site at Yonsei University in response to a request from the Korean Meteorological Administration (KMA) in August 2006.

題目
係留気球観測装置地上システムの改良
著者
馬場広年・工藤美華子
要旨

係留気球用ラジオゾンデ(係留ゾンデ)からの信号を処理するための係留気球観測装置(地上システム)は,従来アナログ記録装置とA/D変換部にハイブリッドレコーダーを使用し,データ処理部にはMS-DOSをOSとするパーソナルコンピュータ(NEC,PC-9800)を用いてきた.近年,ハイブリッドレコーダーは経年劣化による動作不安定が発生し,またPC-9800シリーズのパーソナルコンピュータは生産中止により地上システムの改良が必要となった.このため,ハイブリッドレコーダーはデータロガーに,データ処理用パーソナルコンピュータはWindowsをOSとするものに更新した.OSをWindowsに移行することに併せて観測処理プログラムの使用言語をN88-BASICからJavaに変更してプログラムの移植を行い,観測時における監視画面での操作性の向上を図った. 2007年1月18日に係留気球観測を行い,移植した観測処理プログラムを含む動作確認を実施した.

題目
生分解性素材を用いたパラシュート一体型巻下器の開発
著者
金子哲治・中島浩一・日野原正巳
要旨

高層気象観測で使用しているラジオゾンデ等の飛揚器材は,観測終了後(気球破裂後)降下する.したがって気象庁においては,着地時の安全を考え,飛揚器材の小型・軽量化,ラジオゾンデの材質の改良,パラシュートの材質や形状について改良を行っており,高層気象台ではパラシュートの改良や巻下器の開発を行い高層気象観測の安全対策に貢献してきた.本開発では,悪天時や強風時等に飛揚する現行の接続方式について改良・調査を行った.

悪天や強風時の飛揚の場合,降下時に雨や凍結によりパラシュートが開かなかったり接着部分が剥離したりというようなことが起こり,パラシュートの目的であるゾンデ等を緩降下させる機能が阻害されるため降下速度が速くなり,また,強風時に現行の巻下器を使用した場合はパラシュートとラジオゾンデ間の紐が長くなるため,送電線や鉄道架線等に引っ掛かる確率が高くなることが推定される.

このため,悪天時や強風時の飛揚における操作性を向上するとともに,降下時に送電線や鉄道架線に引っ掛かる確率を減少し,安全性を向上させることを目的に,気象条件の影響を受けにくく機能を十分発揮できるパラシュートを開発し,開発したパラシュートを基礎に巻下器を含め一体化した器材を試作した.試作品の飛揚試験の結果,次のことが確認できた.

(1) 素材として生分解性プラスチックを使用したパラシュート(全天候型パラシュート)は気象条件を問わず全天候で使用できる.

(2) 全天候型パラシュートと巻下器を一体化した「パラシュート一体型巻下器」は強風時においても操作性が良い.

また,降下時は気球とゾンデ間の吊り紐の長さが上昇時の半分と短くなり,送電線や鉄道架線に引っ掛かる頻度の減少が期待できる.

題目
高層気象台における放射能ゾンデ観測48年の記録
著者
高層気象台 観測第二課
要旨

気象庁の放射能観測業務の終了に伴い高層気象台で実施してきた放射能ゾンデ観測は2006年3月をもって終了した.本報告は約48年間に渡る観測内容と歴史を概観した.放射能ゾンデは気象研究所の石井千尋らにより開発され,高層気象台では1959年9月から放射能ゾンデ観測を開始した.観測開始当初はγ線検出器にガイガーミュラー計数管を使用したもので,その後1973年からはタリウム活性化ヨウ化ナトリウム〔NaI(T?)〕結晶の放射線による発光を利用したシンチレーション検出器とする放射能ゾンデに移行した.

高層気象台での約48年間に渡る放射能ゾンデ観測から,核爆発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こと,1986年4月26日のチェルノブイリ原発事故では放射能が成層圏まで拡散したことなどが確認された.