高層気象台彙報 第69号

収録内容

高層気象台彙報 第69号 2011年11月
題  目 著  者
まえがき 小城良友
口絵 能登美之
館野における下向き長波長放射の長期変化の特徴と気温や温室効果ガスの寄与について [要旨] 大河原望・高野松美
南極昭和基地における薄明時の波長別紫外域日射の特徴について [要旨] 島村哲也
南極昭和基地上空の気温の経年変化(1969~2007) [要旨] 押木徳明
The Optical Characteristics of the Fore-Optics and the Calibration for Direct-Sun UV Observation with Brewer Spectrophotometers [要旨] 伊藤真人
Intercomparison of Brewer Spectrophotometers between the Meteorological Service of Canada and the Japan Meteorological Agency at Toronto, Canada in 2010 [要旨] 伊藤真人
乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した2009年のオゾン・紫外線の観測 [要旨] 伊藤真人・高野松美・小栗秀之・瀧田正人・下平英明・石塚秀喜
エーロゾルの光学的厚さ観測のPrecision Filter Radiometer (PFR)への移行に伴う試験
―観測データの信頼性の確認及び現行測器との比較観測に必要な測器定数の決定―
[要旨] 高野松美・大河原望
PFR(Precision Filter Radiometer)とMS110(フィルター型サンフォトメータ)のエーロゾルの光学的厚さの比較観測 [要旨] 上里至
高層気象台彙報第69号の発行にあたって-特にこれから投稿しようとする人へ- 石原正仁

要旨一覧

題目
館野における下向き長波長放射の長期変化の特徴と気温や温室効果ガスの寄与について
著者
大河原望・高野松美
要旨

Long-term trends of downward longwave radiation at the earth’s surface from 1979 to 2004 at Tateno are analyzed after applying bias correction by using radiative transfer calculation. Downward longwave radiation decreases from 1979 to the middle of the 1980’s, and then it increases to 2004. From a long-term viewpoint, the trends are similar to those of downward shortwave radiation at the Earth’s surface except for a turning point from decreasing to increasing. The turning point for downward longwave radiation is around the early 1980’s while that of downward shortwave radiation is around the early 1990’s. The trends of total downward radiation are almost same as those of downward longwave radiation including the turning point. The main causes of change in downward longwave radiation are air temperature change near the surface and change of greenhouse gases concentration in the atmosphere and they affect itto the same extent.

題目
南極昭和基地における薄明時の波長別紫外域日射の特徴について
著者
島村哲也
要旨

薄明時の波長別紫外域日射の特徴を明らかにするため,ブリューワー分光光度計による2007 年の南極昭和基地の観測値を用いて調査を行った.観測値の収集にあたっては,通年で太陽天頂角100 度(太陽高度-10度)までの毎正時に観測が行われるように観測スケジュールを作成した.調査内容としては,290~325 nmの波長で5 nm 毎8 波長の放射照度と太陽天頂角の関係を用いて波長別に,測定限界,最大値との照度比を検討した.また,290~325 nm の波長の放射照度の積算量と太陽天頂角の関係を用いて,測定限界,観測スケジュールの妥当性,薄明時の積算量を調査した.なお,測定限界は太陽天頂角100 度以上の測定値を雑音とみなし,それより大きい放射照度または波長積算量が得られる太陽天頂角の最大値とした.

調査の結果,波長別の放射照度の測定限界は長波長ほど大きく,325 nm の波長で97 度,295 nm の波長で80 度程度であった.また,これらの限界値はオゾン全量の増加に対して短波長ほど小さくなる傾向がみられた.最大値との照度比からは,太陽天頂角の増加に対して,薄明時の放射照度の減少の割合が長波長ほど大きいことが明らかとなった.波長積算量の解析からは,観測スケジュールの目安として太陽天頂角97 度が妥当であると判断した.薄明時の積算量が日積算量に占める割合は,極夜期を中心に約4 カ月半の期間で1 %以上となる日があった.極夜期における日積算量は最大206.72 J/m2,最小22.54 J/m2 であった.

題目
南極昭和基地上空の気温の経年変化(1969~2007)
著者
押木徳明
要旨

南極昭和基地の高層気象観測データを用いて,気温の経年変化についてt 検定及びMann-Kendall 検定を適用し概観した.1969年1月~2007年12月の39年間における各指定気圧面の月別平均気温を直線回帰により求めた昭和基地上空の気温の変化傾向は,対流圏で高温化の傾向が大きく,8月の700 hPa(00UTC)で最大+0.8 K/10年の変化傾向があった.成層圏では,11月の100 hPa で最大-4.8 K/10年の変化傾向があった.年平均気温でも,500~350 hPa で+0.2 K/10年の有意な変化傾向が見られた.

題目
The Optical Characteristics of the Fore-Optics and the Calibration for Direct-Sun UV Observation with Brewer Spectrophotometers
著者
伊藤真人
要旨

気象庁におけるブリューワー分光光度計(Brewer Spectrophotometer)を使用した紫外域日射観測網では,全天波長別紫外域日射観測(uv-観測,ux-観測)のほかに直射波長別紫外域日射観測(ss-観測)を1990 年より実施している.しかし,従来そのss-観測用の測器常数を校正することができなかった.本稿では,NIST ランプ検定装置とBrewer MKIII #174 (BR#174)を用い,Brewer の前置光学系の光学特性を明らかにし,ss-観測のための常数校正方法の開発を試みた.結果は以下のとおりである.

1. BR#174 の前置光学系(QW: 傾斜窓,ZE: 選択プリズム,IR: 絞り装置,FW#2: フィルター#2,FW#1: フィルター#1)の光学特性

(1) 傾斜窓QWの透過率は約88%となった.(2) 選択プリズムZE では,NIST ランプの照射角度1°の変化で約30%の照度差が認められた.そのため当試験におけるZE の設定角度とNIST ランプ照射角度とのちがいによる照度誤差は±1.5%以内と推定できる.(3) 絞り装置IR のOpen 位置での照度は,Close 位置での照度の約2.56 倍となる.(4) FW#2 の透過率は,P0~P5(P0: 0,P1: 1/3.16,P2: 1/10,P3: 1/31.6,P4: 1/100,P5: 1/316)の各位置において,規定値に対し最小7%(P2 位置)~最大32%(P4 位置)異なる.またこれらの透過率は,波長特性を有して異なる.(5) FW#1 の透過率は,P0~P5(P0: 水平方向偏光板,P1:すり水晶板,P2: 暗板,P3: 素通し板,P4: 減衰すり水晶板,P5: 垂直方向偏向板)の各位置において個々に分光特性が大きく異なる.

2. ss-観測のための常数校正

(1) 当試験により,ss-観測のための測器常数は,FW#2 のP0~P4 位置のフィルター毎に太陽天頂角0~90°の1°毎に校正することができた.(2) 上記測器常数を使用したBR#174 のss-観測による直射紫外域日射量(DHSS Cor:水平面成分)は,全天紫外域日射量(GLUX)から散乱紫外域日射量(DFUX)を除去した直射紫外域日射量(DHUX:水平面成分)に対し,±10%程度の誤差となった.以上により,ss-観測による直射紫外域日射量(DHSS Cor)の観測精度は,全天紫外域日射量(GLUX)と散乱紫外域日射量(DFUX)の2 つのux-観測から得られる直射紫外域日射量(DHUX)より精度が悪いことが明らかとなった.またss-観測ではZE モータ,MI モータ,AZ モータの常時作動による負荷が大きく,これらのことからも今後ss-観測を廃止し,全天紫外域日射観測を継続させるとともに,自動遮蔽装置を使用した散乱紫外域日射観測を充実させることが重要である.ただし過去のss-観測データを解析するためには,上記の校正による方法が有益と考えられる.

題目
Intercomparison of Brewer Spectrophotometers between the Meteorological Service of Canada and the Japan Meteorological Agency at Toronto, Canada in 2010
著者
伊藤真人
要旨

Experimental studies using the NIST standard lamps and the intercomparison of Brewer spectrophotometers for UV and Ozone observations between the Canadian standard (MKIII BR#145) and the Japanese standards (JMA standard MKIII BR#174 and travelling standard MKII BR#113) were conducted from March 31 to April 13, 2010, 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, IOS (International Ozone Services Inc.), and JMA, exhibited the following various ratios as “S_D” (S system and D distance between lamp filament to diffuser). (a) IOS_50/MSC_40 = 1.013. (b) IOS_50/JMA_50 = 0.979. (c) JMA_50/MSC_40 = 1.0347. The difference of 3.5 % between MSC and JMA systems confirmed an estimated difference of 3.3 % from the last comparison and test at MSC in 2006.

2) 9 days comparison between BR#145 and BR#174 (and BR#113 for 4 days) revealed the following ratios of solar UV irradiances measurement results. (a) Ir#174/Ir#145: from 0.971 to 0.977. (b) Ir#113/Ir#145: from 0.958 to 0.969. Those ratios changed after the consideration of the correction of the difference of 3.3 % between MSC and JMA NIST lamp calibration systems. These ratios changed as follows; (a) Ir#174/Ir#145: from 1.003 to 1.009. (b) Ir#113/Ir#145: from 0.990 to 1.001. After the correction, the irradiance ratios between BR#145 and BR#174 (BR#113) agreed within approx. 1 %. Based on the fact that these comparison results were almost the same as the results from the previous comparisons in 1994, 1998, 2002 and 2006, and that the JMA system has not changed since 1989, we concluded that the irradiance level (standard irradiance) of the NIST lamp calibration for the Brewer Spectrophotometers at Aerological Observatory, JMA, has been kept 3.3 % lower than MSC’s lamp calibration for the past 22 years.

3) 8 days comparison between BR#145 and BR#174 revealed the following ratios of total ozone (ds O3) and total sulfur dioxide (ds SO2) measurement results. (a) O3 difference, (BR#174-BR#145)/BR#145: 0.002 (+0.2 %). (b) SO2 difference, (BR#174-BR#145): -2.0 m atm-cm. The O3 difference between BR#145 and BR#174 agreed within about 1 %.

These experimental studies of NIST lamp calibration and intercomparisons between MSC and JMA had been carried out at MSC since 1994. This has been very useful for the highly accurate observations of UV and O3 in Japanese Brewer Networks, JMA, NIES (National Institute for Environmental Studies) and others, and also useful for the construction planning of RBCC-A (Regional Brewer Calibration Centre in Asia).

題目
乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した2009年のオゾン・紫外線の観測
著者
伊藤真人・高野松美・小栗秀之・瀧田正人・下平英明・石塚秀喜
要旨

"Observations of Total Ozone and UV Solar Radiation with Brewer Spectrophotometer on the Norikura Mountains in 2009" as the joint project between Aerological Observatory of the Japan Meteorological Agency (JMA) and the Institute for Cosmic Ray Research (ICRR), the University of Tokyo, was obtained at the Norikura Observatory of ICRR (Brewer site: 36.112 N, 137.555 E, 2,772 m a.s.l) in summer, 2009. The summary of their observation results and some test results using Brewer MKIII #174 (BR#174), Brewer MKII #113 (BR#113), pyranometer CM21 and pyrheliometer CH1 are given below.

(1) Comparative data of ds O3 and ds SO2, measured with BR#174 and BR#113.

Compare to the value in Tsukuba (36.058 N, 140.126 E, 39 m a.s.l.), daily mean of ds O3 at Norikura was 2 to 3 % lower. Daily variation and day-to-day variation (against Tsukuba) were also small. ds SO2 values were not recognized at Norikura station. The absolute calibration of Brewers for ds O3 and ds SO2 observations could be carried out within the range of air mass from 7.264 (maximum) to 1.055 (minimum) in clear day. The Extra-Terrestrial Coefficients (=ETC) of BR#174 and BR#113 at Norikura mountains were identical (within 1 %) to the currently used coefficients.

(2) Comparative data of UV range of solar radiation, measured with BR#174 and BR#113.

In comparison to the data acquired at Tsukuba, average of daily total GLUV (global UV radiation) indicated higher intensity of +18 to +25 % (+44 to +55 % in the clear day), and the daily total DFUV (diffuse UV radiation) indicated slightly higher value of +2 to +11 % (+1 to +8 % in the clear day). Average of daily RDFUV (diffusivity of UV radiation) indicated lower ratio than the ratio measured at Tsukuba. RDFUV was 0.72 (0.54 in the clear day) where the RDFUV at Tsukuba was 0.83 (0.74 in the clear day). Daily total GLUV increased in the short wavelength range. For example, increase in; 325 nm was +15 % (+39 % in the clear day), 315 nm was +18% (43 % in the clear day), and 305 nm was +2 5 % (+55 % in the clear day), against the daily total at Tsukuba. The altitudinal increasing rate of GLUV indicated the calculated amounts from +7 to +9 % (+16 to +20 % in clear day) per 1,000 m.

(3) Solar radiation measurement results with CM21 and CH1.

Average of daily total GLSL (global solar radiation) indicated the higher intensity of +14 % (+23 % in clear day) and the daily total DFSL (diffuse solar radiation) did the lower intensity of -5 % (-56 % in clear day), against the values at Tsukuba. Average of daily RDFSL (diffusivity of solar radiation) indicated the lower ratio of 0.60 (0.13 in clear day), relative to the ratio of 0.67 (0.35 in clear day) at Tsukuba.

(4) Some tests relating to Brewers

Some tests of the dispersion tests, the spectral tests, the NIST lamp calibrations and the external lamp tests had been carried out at Norikura. Those tests could be successfully completed except for the NIST lamp calibrations with the low outputs from the power supply due to the low-air-pressure on high mountains. The O3 absn coefficients from the results of the dispersion tests indicated the trends within 0.5 % in the observation period.

Those environmental conditions at the Norikura station were useful for the O3 and UV observations, intercomparison of the unit, and also useful for the absolute calibrations with Brewers.

題目
エーロゾルの光学的厚さ観測のPrecision Filter Radiometer (PFR)への移行に伴う試験
―観測データの信頼性の確認及び現行測器との比較観測に必要な測器定数の決定―
著者
高野松美・大河原望
要旨

波長別のエーロゾルの光学的厚さ(AOD)を高品質で長期間安定して観測するために,高層気象台では観測測器を従来の干渉フィルター型サンフォトメータ(MS110)や回折格子型サンフォトメータ(PGS100)から,新しいサンフォトメータであるPFR(the Precision Filter Radiometer)に移行する予定である.その前段階として1) 導入するPFR(PFR/N41)の観測データの信頼性の確認と2) MS110,PGS100 およびPFR/N41 の1 年以上の並行観測を行うために,干渉フィルターに変化が起きやすいMS110 の測器定数の校正を行ったので,本稿ではそれらの結果を述べる.

1) PFR/N41 のデータの信頼性は,PFR/N41 の測器定数について,国内基準器(PFR/N37)との比較観測により算出された値(J0 (N41))とPMOD(Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos)で校正された値(J0(N41P))との差異を解析することにより確認した.この結果,J0 (N41P)に対してJ0 (N41)は,500 nm で-2.86%と差が大きくなったが,他の波長では-0.58~0.80%と両者の差はほぼ見られなかった.両者の測器定数からAOD を算出した結果,両者におけるAOD の平均値の差は500nm で14.86%と大きくなったが,他の波長では-2.35~2.03%と小さかった.500nm での差については,両者のAOD が小さいこと(0.083と0.0.72)から,データの信頼性には問題ないと判断し,データの信頼性が確認された.

2) PFR/N37 との比較観測によるMS110 の校正結果と,2007 年の校正結果とを比較したところ,測器定数は1.75~0.08%低下していることが判明した.この結果を過去データに反映することにより観測データの連続性を確保できる.

題目
PFR(Precision Filter Radiometer)とMS110(フィルター型サンフォトメータ)のエーロゾルの光学的厚さの比較観測
著者
上里至
要旨

高層気象台では,エーロゾルの光学的厚さ(AOD)を長期間高品質でかつ安定的に観測を行うため,従来のフィルター型サンフォトメータMS110 に代り,新しく国際標準にトレーサブルなフィルター型サンフォトメータPFR(Precision Filter Radiometer) を導入し,その導入に関する調査を2008 年度より行っている.

2009 年度は,PFR とMS110 の1 年間の比較観測から両者のAOD を比較し,MS110 からPFR へデータ接続の可能性について調査した.その結果,両者のAOD の偏差は,WMO が要求する不確かさの範囲内にあり,またオングストローム係数についても両者の値はよく一致していることからデータの連続性を確認することができた.しかし,両者の偏差が大きくなる事例も存在するため,その原因を調査する必要がある.