高層気象台彙報 第68号

収録内容

高層気象台彙報 第68号 2008年3月
題  目 著  者
まえがき 松原廣司
つくばにおけるオゾン濃度計更新時の新旧比較観測について [要旨] 工藤美華子・馬場広年
KC型オゾンゾンデとECC型オゾンゾンデの相互比較観測について [要旨] 中村雅道・岩野園城・松元 誠・辰己 弘・伊藤智志
ラジオゾンデの歴史的変遷を考慮した気温トレンド(第1報) [要旨] 上里 至・伊藤智志・熊本真理子・茂林良道・中村雅道
オゾンゾンデの飛翔予測シミュレーションプログラムのパラメータの再設定 [要旨] 伊藤智志・奥山順健
長波長放射観測の世界基準への移行 [要旨] 大河原 望・高野松美
エアバッグ方式流量計を用いたオゾンゾンデ用ポンプ効率測定装置の開発 [要旨] 中野辰美・岩野園城
天頂雲検出器の反転観測への導入 [要旨] 宮川幸治・上野圭介
雲監視装置による全雲量算出方法の改良-彩度,天空の青さ及び大気混濁係数による雲判別- [要旨] 高野松美
ブリューワー分光光度計用レーザー光軸調整システム [要旨] 伊藤真人
広帯域紫外域日射計用分光特性検査装置の開発とその精度 [要旨] 伊藤真人・下島淳彦
ブリューワー分光光度計MKⅢとドブソン分光光度計による直射光オゾン全量観測2002(2001)~2007年 [要旨] 伊藤真人・宮川幸治

要旨一覧

題目
つくばにおけるオゾン濃度計更新時の新旧比較観測について
著者
工藤美華子・馬場広年
要旨

高層気象台では1977年5月に地上オゾン濃度の観測を開始し,その後約6年間の休止があり,観測装置や観測場所の変更などを経て,1988年8月から現在の観測環境で観測を継続している.地上オゾン濃度観測に使用しているオゾン濃度計は,整備後15年を経過し観測データの不安定化が懸念されたため2006年4月にオゾン濃度計の更新を行った.更新に当たっては,気象庁が大気バックグランド汚染観測で使用しているものと同様の機能(オゾン濃度計内部にある測定セル内の温度と圧力を用いて標準状態(0℃,1気圧)でのオゾン濃度を求める)を有したオゾン濃度計を導入した.オゾン濃度計の更新に伴い,2006年4月から2008年3月まで新旧オゾン濃度計の相互比較を行った結果,新オゾン濃度計の旧オゾン濃度計に対する特性差が明らかになった.この特性比較結果から,新旧両オゾン濃度計のデータの接続手法について検討を行い,補正機能がなかった旧オゾン濃度計の観測データを標準偏差1.2ppb(比較期間の平均濃度25.5ppbの約5%)で補正できる補正式を提案する.

題目
KC型オゾンゾンデとECC型オゾンゾンデの相互比較観測について
著者
中村雅道・岩野園城・松元 誠・辰己 弘・伊藤智志
要旨

気象庁ではオゾンゾンデ観測に使用するオゾンセンサーを現在使用しているKC型からECC型に移行する計画であり,2008年度中に沖縄気象台にてECC型オゾンセンサーを用いたオゾンゾンデ観測を開始する.国内における観測測器の移行計画を受け,南極昭和基地でも早くて第51次隊(2010年2月)からECC型オゾンセンサーを使用する計画である.昭和基地では2007年2月から高層気象観測にGPSゾンデの使用を開始しており,昭和基地で使用可能なGPSゾンデにECC型オゾンセンサーを取り付けたECC型オゾンゾンデが開発されたことから,観測部計画課南極観測事務室より性能評価試験を依頼された.このため,2007年12月から2008年2月まで月1回の割合で計3回,KC型オゾンゾンデ観測時にこのゾンデを連結して飛揚し,データを取得した.飛揚の際に実施したECC型オゾンセンサーの性能点検を通してその操作性を直接確認し,操作上で注意を要する点を抽出した.また,KC型オゾンゾンデとの連結飛揚により得られたオゾン観測値については,これまでに実施されたオゾンゾンデ国際比較で指摘されたKC型オゾンゾンデにおける対流圏下層での過小評価が再確認された.

題目
ラジオゾンデの歴史的変遷を考慮した気温トレンド(第1報)
著者
上里 至・伊藤智志・熊本真理子・茂林良道・中村雅道
要旨

高層気象観測に使用されているラジオゾンデは,観測開始以来新たな技術の発達に伴い新しいタイプのものが使用され,1950年代から約10回の変更があった.新型ラジオゾンデの変更時には,新型と旧型の特性差を把握するため導入時に比較観測が行われる.本稿では過去に行われた比較観測結果から過去に使用したラジオゾンデの気温観測値を現用のラジオゾンデ(RS2-91型)の気温観測値と同一に扱う試み(補正)を行い,1956年7月~2007年12月における21時の各指定気圧面気温のトレンドを補正前後で比較した.成層圏の気温補正後におけるトレンドは低温化のトレンドがより顕著となり,50hPa面は補正前の-0.29℃/10年に対し-0.43℃/10年と約1.5倍,30hPa面では補正前の-0.24℃/10年に対し-0.38℃/10年と約1.6倍,20hPa面では補正前の-0.17℃/10年に対し-0.47℃/10年と約2.5倍の低温化を示した.対流圏の気温補正後におけるトレンドは,成層圏と逆に,高温化のトレンドが顕著となり,850hPa面のトレンドは,補正前の0.07℃/10年に対して補正後が0.20℃/10年と約3倍のトレンドを示し,館野の地上気象観測における同期間の月平均気温の変化率(0.19℃/10年)とほぼ同じ値であった.なお,特性比較の偏差には季節差があり,補正の妥当性について検証する必要がある.

題目
オゾンゾンデの飛翔予測シミュレーションプログラムのパラメータの再設定
著者
伊藤智志・奥山順健
要旨

オゾンゾンデの飛翔予測シミュレーションプログラムについて,最新データを加えた観測データを用いて到達気圧および降下速度についてのパラメータの再設定を行った.落下位置監視プログラムによる落下監視位置を基準に現行と新規の到達気圧および降下速度についてのパラメータを用いて落下予測位置の比較検証を行ったところ,新規到達降下パラメータは予測楕円の範囲が広がる傾向があるものの,パイプセパレータ付パラシュートを使用した場合の改善は予測楕円内に落下監視位置が含まれる確率で15.9%分,規格化距離でみた予測位置誤差の平均で0.341,絶対距離で1.9kmの精度向上が認められた.本稿におけるパラメータ導出手順や評価手法の記述は,使用実績のない器材導入時におけるパラメータ設定やそのデータの蓄積に応じた精度評価とパラメータの更新にも参照できるものである.

題目
長波長放射観測の世界基準への移行
著者
大河原 望・高野松美
要旨

A world infrared irradiance standard was established by the World Infrared Radiometer Calibration Center (WIRCC) at the World Radiation Center (WRC) in Davos, Switzerland, in 2006 following the recommendation at the thirteenth session of the World Meteorological Organization (WMO) / Commission for Instruments and Methods of Observation (CIMO). The Aerological Observatory of the Japan Meteorological Agency (Tateno Baseline Surface Radiation Network (BSRN) station) examined the difference in longwave radiation observations by the world standard and Tateno's own standard. The observations agreed well with each other, and the maximum difference was much less than the uncertainty in the world infrared irradiance standard. Almost no dependence on the value of longwave radiation and the body temperature of the pyrgeometer was found. Based on these results, Tateno started employing the world infrared irradiance standard in January 2008 and the longwave radiation observations at Tateno are now traceable to the World Infrared Standard Group (WISG). Tateno observes shortwave and longwave radiation with global traceability and provides the data via the BSRN data archive.

題目
エアバッグ方式流量計を用いたオゾンゾンデ用ポンプ効率測定装置の開発
著者
中野辰美・岩野園城
要旨

オゾンゾンデに内蔵されるポンプの低圧下における流量特性,すなわちポンプ効率を測定する装置を開発した.同装置は測定法としてエアバッグ方式を採用した流量測定部,低圧環境を再現する気圧制御部,およびこれらを統合して制御する制御部で構成される.ECC型オゾンゾンデのポンプを用いた測定試験の結果,ポンプの排気側負荷によりポンプ効率が顕著に変化することが明らかとなり,ポンプおよび反応管を含めた流量特性として測定する必要があることがわかった.また,他の機関が取得したECC型の平均的なポンプ効率値と比較し,妥当と思われる測定値が得られていることを確認した.今後はさらに測定値の検証を進めるとともに,自動測定等の機能を加え,測定システムとして完成させる予定である.

題目
天頂雲検出器の反転観測への導入
著者
宮川幸治・上野圭介
要旨

The Zenith Sky Cloud Detector (ZSCD) was developed to detect clouds present in the zenith sky. The Japan Meteorological Agency (JMA) incorporated the ZSCD into the ozone observation network to achieve real-time quality control of Umkehr observation in 2007. A Dobson spectrophotometer is used as one of the instruments for accurately monitoring the ozone layer, and JMA is performing regular observations at Sapporo, Tsukuba, Naha, and Syowa in the Antarctic. The Dobson spectrophotometer monitors the ozone layers of the Earth's atmosphere. However, the accuracy of Dobson measurements depends on the presence of clouds in the Zenith Sky. ZSCDs for detecting clouds were first developed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in the 1980s. ZSCDs use an 862nm (center wavelength) interference filter for the near-infrared region and can detect light scattered by the main clouds at Zenith. This optical device is composed of an interference filter, a lens, its aperture, and a high-sensitivity, near-infrared photodiode. The amplified output is input through the A/D interface of the Dobson automated system. The Umkehr observation using ZSCD modifies the influence of clouds and can help achieve a good ozone profile. JMA developed this unit based on the ZSCD used for the Global Atmosphere Watch (GAW) ozone observation network in NOAA. The effect of the clouds of measurement N-value can evaluate the clouds using the standard deviation from time series of ZSCD output.

題目
雲監視装置による全雲量算出方法の改良-彩度,天空の青さ及び大気混濁係数による雲判別-
著者
高野松美
要旨

前報(高野:2007)では,全天空画像から雲の有無を判別するために「彩度Sによる閾値STH」を決定し,全雲量NSの算出を試みた.その結果,1) 上層雲に対する判別過少と2) 大気混濁係数が高い快晴時の判別過多の問題点が判明した.本稿ではこれらの問題点を改善するため,「天空の青さβによる閾値βTH」と「大気混濁係数τによる閾値τTH」を新たに導入し,全雲量算出方法の改善を試みた.

「天空の青さβによる閾値βTH」については,天空の青さβが季節毎に変化し,太陽天頂角SZAと全天空画像の中心からの距離FAの影響を受けるので,月別にSZAとFAの依存性を考慮して求めた.「大気混濁係数τによる閾値τTH」については,大気混濁係数τが季節変化を示すので月別に求めた.これらの閾値(βTHとτTH)を前報による閾値STHに付加し,全天空画像の全雲量NSβτを算出した.この全雲量NSβτと実際の目視全雲量NOとの雲量差⊿N(目視全雲量NO-全雲量NSβτ)を解析したところ,⊿N=±2以内となる割合は,前報の結果より2.2%上回る81.6%となり,算出方法の評価基準となる80%(古賀ほか:1997)を超えることができた.また,大気混濁係数τが高い快晴時の判別過多についても改善することができた.

題目
ブリューワー分光光度計用レーザー光軸調整システム
著者
伊藤真人
要旨

The Aerological Observatory completed new optical alignment systems for accurate optical alignment of Brewer spectrophotometers in the Japan Meteorological Agency (JMA) network. The systems consist of a Helium-Neon (632.8nm) laser system with a beam expander, an optical bench, a laser holder and adjusters, a Helium-Cadmium (441.6/325.0nm) laser system with a lens unit, and a turntable with adjustable feet for leveling. 1) The He-Ne (632.8nm) system is useful for aligning all MKII optics from foreoptics to photomultiplier, and MKIII optics from foreoptics to the tilted lens. 2) The 441.6nm laser of the He-Cd system can align MKII and MKIII optics from foreoptics to the tilted lens. The 325.0nm laser of the same system can align all MKII and MKIII optics with high accuracy. No difference was observed in laser beam axes between 441.6nm and 325.0nm lasers when the switching shutter was operated. The 325.0nm laser is useful for measuring wavelength shift, optical resolution, and stray light. 3) The turntable can align the foreoptics and the spectrometer with their laser systems.

題目
広帯域紫外域日射計用分光特性検査装置の開発とその精度
著者
伊藤真人・下島淳彦
要旨

The Aerological Observatory developed a new spectral sensitivity calibration system for broadband UV radiometers in the Japan Meteorological Agency (JMA) network. The system consists of an NIST lamp unit, a deuterium lamp unit, fore-optics, an iHR spectrometer, and rear-optics. NIST tungsten-halogen 1000W DXW and FEL lamps or a 30W deuterium lamp can be selected as the light source. A GR600 (GR1200) grating for UV produces light at a wavelength of 150 to 3000nm (150 to 1500nm), using minimum drive step size of 0.002nm. The theoretical spectral resolution depends on the kind of grating and slit width, (e.g. the theoretical spectral resolution is 2.5nm wavelength when GR600 was used at 0.5mm in slit width).

Tests using the system clarified the following. 1) Grating tests: UVB (UVA) outputs of a broadband UV radiometer (UV-S-AB-T) using GR1200 decrease 33% (25%) compared to the output using GR600; 2) Slit width tests: UVB (UVA) outputs can be produced by slit widths from 0.5 to 2.0mm (1.0 to 2.0mm); 3) Slit height tests: Outputs were recognized only at a slit height of open (15mm); 4) Lamp irradiance tests: High UVB and UVA irradiances are produced by FEL type NIST lamps; the deuterium lamp cannot be used in the UVA output test; 5) Wavelength position accuracy test: The wavelength position shifted less than 2nm when GR1200 was used. The GR1200 scanning by the spectrometer needs "calibrate menu" must be calibrated every time before tests.

The spectral sensitivity of the UV radiometer was determined by the system as followings. Spectral irradiances of the system could be calculated every 1nm (±0.5nm) from 280 to 400nm wavelength by scanning using the Brewer MKIII Spectrophotometer. The spectral irradiances produced remarkable spectral sensitivity of UV radiometer UV-S-AB-T (peak sensitivity at a wavelength of 301.0nm for UVB scanning and 359.0nm for UVA scanning). UVB responsivity of the instrument calculated by the spectral sensitivity was consistent with the value determined by NIST lamp calibration, but UVA responsivity differed by about 15%.

題目
ブリューワー分光光度計MKⅢとドブソン分光光度計による直射光オゾン全量観測2002(2001)~2007年
著者
伊藤真人・宮川幸治
要旨

In atmospheric ozone monitoring careful data quality control is essential for correct analysis and evaluation of long-term ozone trends. In this connection, the first World Meteorological Organization (WMO) summary report on the comparison of total ozone measurements of Dobson and Brewer spectrophotometers (WMO:2003) states that the simultaneous operation of Dobson and Brewer instruments at the same station is highly recommended to improve the reliability of the total ozone measurements of the station, and indicates some seasonal change in the trend of total ozone difference between Brewer and Dobson. Recently, Vanicek (2006) presented the analysis results of the relation between high-quality simultaneous Dobson, Brewer ground and satellite total ozone observations, and suggested the difference between Brewer and Dobson to be attributed to the influence of temperature on ozone absorption coefficients and total sulfur dioxide. The Japan Meteorological Agency (JMA) Brewer MKIII UV network is run concurrently with a long-term Dobson ozone network comprised of stations at Sapporo, Tsukuba, Kagoshima, Naha, and Syowa Antarctica including Minamitorishima with Brewer MKII, which has replaced the old Brewer MKII UV network that operated from January 1990 to December 2001. These overlapped networks continue to store quasi-simultaneous total ozone comparison data as well as SO2. This paper presents the ds O3 observation results and the direct sun (ds) O3 difference between Brewer and Dobson without data correction by Brewer internal lamp tests as long-term and high-quality multiple Dobson-Brewer comparisons in the same network. The observation results from 2002 (2001) to 2007 are summarized below.

1) Monthly mean of daily ds O3 differences, expressed as the ratio of (BR-DB)/DB, ranged from +1.4 to -2.3% (maximum amplitude: 3.7%) at Sapporo (43.1N/141.3E), +1.5 to -3.1% (4.6%) at Tsukuba (36.1N/140.1E), +1.8 to -2.1% (3.9%) at Kagoshima (31.6N/130.5E), +1.1 to -1.7% (2.8%) at Naha (26.2N/127.7E), and +4.5 to -5.0% (9.5%) at Syowa Antarctica (69.0S/39.6E). The seasonal variation of ds O3 difference was clear at Syowa Antarctica and Tsukuba.

2) Seven-day average of daily ds O3 differences indicated "small seasonal differences" of the maximum from November to December and the minimum in June at Sapporo, "medium seasonal differences" of the maximum in January and the minimum from June to July at Tsukuba, "medium seasonal differences" of the maximum from December to January and the minimum from May to July at Kagoshima, "no seasonal difference" at Naha, and "large seasonal differences" of the maximum from April to September and the minimum from November to December at Syowa Antarctica.

3) The relations of "ds SO2" (daily mean of ds SO2), "AVG air mass" (daily mean of air mass at observation) and "O3 STD" (daily standard deviation of ds O3) with Brewer, versus the ds O3 difference are as follows. The first dependency of ds O3 difference on "ds SO2" was found at all stations, excluding Syowa Antarctica where the level of SO2 is very low. The slope of the linear regression was about -0.003 (from -0.0015 to -0.0048). A 10m atm-cm increase of SO2 thus produces about a 3% increase of Dobson ds O3. The second dependency on "AVG air mass" was not discernible at Kagoshima and Naha but was rather clear at Sapporo (slope: +0.00007), Tsukuba (slope: +0.00014) and Syowa Antarctica (slope: +0.00025). The third dependency on "O3 STD" was observed at Naha and Syowa Antarctica, and the slope was about -0.0014 and -0.0016.

4) The daily ds O3 difference between some Brewer observations (including MKII and MKIII) and Dobson observations in the last five years at Tsukuba also indicated seasonal variations. In contrast, the ds O3 difference between Brewer MKIII and Brewer MKII, expressed as the ratio of (BR MKII-BR MKIII)/(BR MKIII), did not exhibit seasonal variations.

5) The seasonal variation of ds O3 differences between Brewer and Dobson observations was reduced to a large extent by adjusting the Brewer ETC constants for ds O3 observation, but could not be removed completely.

6) The relation of temperature in Brewer instruments with the ds O3 differences was not clear.

7) Dependency of the ds O3 difference on turbidity (τ) with pyrheliometer was found at all stations, including Syowa Antarctica where the level of turbidity is very low. The percentage of the ds O3 difference decreased to -1% as turbidity increased from τ= 3.0 to 6.0, excluding Syowa Antarctica. The seasonal variation of daily turbidity at all stations was the same as the ds O3 difference.

8) SO2 is introduced by volcanic eruption as well as air pollution at all these stations but Syowa Antarctica. It is clear that the ds O3 difference, expressed as the value of BR MKIII-DB (m atm-cm), was closely related to the increased ds SO2 (m atm-cm) during ds O3 measurements. For example, the ds O3 difference of 6m atm-cm at air mass 2.5 on 276 JD 2004 was almost the same value of the ds SO2 at the time. These examples quantitatively verify the results of 3).