北海道の雪氷No.38（2019）

Annual Report on Snow and Ice Studies in Hokkaido

LPWA を利用したオホーツク地域の蜃気楼発生予測・公開システムの開発
Development of forecasting and web publishing systems for superior mirage occurrence in
the Okhotsk region using the LPWA network sensors
舘山 一孝 1，佐藤 和敏 1，佐藤 トモ子 2，小林 一人 3，鈴木 一志 4
Kazutaka Tateyama1, Kazutoshi Sato1, Tomoko Satoh2, Kazuhito Kobayashi3, Kazushi Suzuki4
Corresponding author: tateyaka@mail.kitami-it.ac.jp (K. Tateyama)
Superior mirage occurs when strong temperature inversion layer generates. Forecasting and web publishing system forsuperior mirage occurrence in the Okhotsk region was attempted to develop by measuring vertical profile of airtemperature in the surface boundary layer using LPWA (Low Power Wide Area) network thermometers on the tower inthe period from February 15 to May 30 2019.
１．はじめに蜃気楼とは，光が温度（密度）の変化する層を通過することで曲がり，景色が通常と異なって見える
光学現象であり，条件が揃えばどこでも出現する 1)．
蜃気楼には実像の下方に虚像が出現する下位蜃気
楼と，温度の急変などによって上暖下冷の気温分布が形成され（図１）虚像が上側に現れる上位蜃気楼の 2 種類があり，後者の方が珍しい現象である．蜃
気楼は富山湾で冬と春に発生することが知られているが，近年は網走・斜里・知床半島沿岸のオホー

図１ 一般的な逆転層と上位蜃気楼発生時の気ツク地域においても高頻度で発生していることが温分布の違い．日本蜃気楼協議会 1) を参報告された 2)．佐藤 3) によってオホーツク地域の上考に作成．

位蜃気楼の特徴として，冬から春にかけて約 60 日も発生すること，11 月から 3 月にかけて冬季に発本研究はこれらの知見をもとに，地表付近の冷生する上位蜃気楼と 3 月から 11 月にかけて春季－気層の形成と発達をリアルタイムで監視すること

秋季に発生する上位蜃気楼があること（本稿ではそにより上位蜃気楼の発生を予測するシステムの開れぞれ冬季型，春季－秋季型と呼称する），冬季型発を行った．近年注目され始めている LPWA（省電はさらに 3 つ（海面への冷気移流型，流氷面での放力広域無線通信技術：Low Power Wide Area）式気温射冷却型，流氷面への暖気移流型）に分類された．

センサを斜里町内の鉄塔に取り付け，気温の鉛直分

春季－秋季型の多くは海面への暖気移流によって布を監視した．本研究は将来的に複数の鉄塔へ発生すると考えられている．石原ら 4)は消防やぐ

LPWA 式気象センサを設置し，三次元の高密度気象らに設置した気象計と海岸に設置したインターバ観測技術を開発することを目指している．この技術

ルカメラによる連続観測を行い，ドローンを用いたにより既存の気象庁の地域気象観測システム鉛直気温分布の計測を行うことにより，冬季型の発（AMeDAS）で空間的に捉えきれないゲリラ豪雨や生時に放射冷却による冷気層が存在することを明地吹雪などの局所的な気象災害の兆候を検知し，ユらかにした．

ーザーへ警告するシステム等への発展が期待できる．

北見工業大学 地球環境工学科
School of Earth, Energy and Environmental Engineering, Kitami Institute of Technology
2
知床・蜃気楼幻氷研究会
Shiretoko Mirage Research3
株式会社構研エンジニアリング
Koken Engineering Co., Ltd
4
シスコン株式会社
1

Systcon Inc.
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２．観測方法３．結果

株式会社構研エンジニアリングとシスコン株式会

2019 年 2 月 15 日から 5 月 30 日の期間で観測を社によって，寒冷地においても 2 年以上運用を目指実施した．LPWA 式気温センサは冬期間（最低気温した LPWA 式温度センサの開発が行われた．LPWA-14℃）においても使用可能であることが確認されは数本の電池で 1 年以上の計測が可能な低電力無た．また，子機と親機の最大通信可能距離は見通し線通信であり，1 台の親機（携帯電話通信機）で約で約 7km であった．この範囲内であれば約百台の百台の子機（無線通信付各種センサ）から送信され子機を 1 台の親機でデータを収集することができたデータを収集し，サーバへアップロードすることる．

が可能である．本研究は LoRa （920MHz 帯）方式

図４に鉄塔に設置した LPWA 式気温センサの測の LPWA を搭載した気温センサと親機を導入し（図定結果と蜃気楼の発生状況を示す．灰色で示してい２），2019 年 2 月に北海道斜里町の中心部付近（図る 2019 年 3 月 26 日から 4 月 3 日の期間は，データ３）にある鉄塔の 42m，28m，7m の高さ 3 ヵ所にの欠測期間であった．t1，t2，t3 はそれぞれ高さ 44m，設置し，10 分に 1 回の頻度で気温の鉛直分布を測28m，7m に設置したセンサの気温を示し，t1-t3 は定している．これらの気温データは 1 時間に 1 回の高さ 44m と 7m の気温差，t1-t2 は高さ 28m と 7m の頻度で親機に送信され，親機から携帯電話回線を通気温差を示している．橙色の縦棒は，目視観測によじてサーバへ送信される．サーバ上で温度差を計算って小規模から大規模の上位蜃気楼が観測されたし，閾値以上の温度差が現れた際に蜃気楼発生予測時間帯を表している．のメールを関係者へ自動配信する．

目視観測では，25 回の上位蜃気楼の発生が報告された．日最低気温が 0℃よりも低い 2019 年 2 月 15日から 4 月 11 日までの期間（3 月 19 日を除く）に発生した上位蜃気楼を冬季型，
3 月 19 日および 4 月12 日以降の日最低気温が 0℃より高い気温の期間で発生した上位蜃気楼を春季－秋季型と推定すると，冬季型は 6 回，春季－秋季型は 19 回発生した．
また，流氷の結氷状況については，網走の地方気象台の発表で 2 月 27 日に海明け，4 月 14 日に流氷終

図２ LPWA 式温度センサおよび親機の写真日となっている．水平線の向こう側にある流氷が見える上位蜃気楼の「幻氷」は 3 月 1 日以降に 4 回観測された．

オホーツク海４．考察
表１に上位蜃気楼が目視観測された日で最も t1と t3 の気温差（t1-t3 気温差）が大きい時間の気温，斜里町中心部気温差，発生した蜃気楼の規模を示す．蜃気楼が観測された日は，3 月 19 日，4 月 22 日，5 月 16 日の

海別岳

3 日間を除き 2.3℃から 8.1℃の t1-t3 気温差がみられ，気温差の平均は 4.3℃であった．気温差が大きい現象は冬季型と春季－秋季型の両方でみられた．
冬季型は陸地で放射冷却によって形成された冷気斜里岳層が海面／流氷面へ移流し上暖下冷の気温分布を形成するのに対し，春季－秋季型においても暖気移図３ 北海道斜里町の地図．国土地理院地図を使用．

流によって上暖下冷を形成しており，両者とも同じ

現地での蜃気楼目視観測は知床蜃気楼・幻氷研究会

気温分布構造を示すため，t1-t3 気温差での予測が可によって実施された．なお，目視観測は毎日ではな能であると考えられる．

く不定期で実施されている．

気温差が小さいにも関わらず上位蜃気楼が発生する場合は，遠隔地から暖気が流氷上や海上に移流－12－Copyright©2019 公益社団法人日本雪氷学会北海道支部
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図４ 鉄塔に設置した LPWA 式気温センサの測定結果と蜃気楼の発生状況との比較．
t1，t2，t3 はそれぞれ高さ 44m，28m，7m に設置したセンサの気温を示している．橙色の縦棒は目視観測によって上位蜃気楼が観測された時間帯を表している．
表１ 蜃気楼が目視観測された際の日時，気温，気温差，蜃気楼の規模（1：小，2：中，3：大，4：幻氷）
N o.

t1t2

t3

t1-t3

t2-t3

1

2019/2/22 4:20

D ate-2.4

-4.6

-7.3

4.9

2.7

M irage scale22

2019/2/24 4:20

-5.8

-6.0

-9.9

4.1

3.9

33

2019/3/1 4:10

-2.4

-5.2

-6.8

4.4

1.6

4

4

2019/3/9 0:40

-1.0

-2.9

-7.6

6.6

4.7

2

5

2019/3/19 3:10

6.6

6.4

5.6

1.0

0.8

26

2019/4/5 5:00

1.0

0.3

-5.0

6.0

5.3

47

2019/4/11 3:00

0.7

-1.1

-2.0

2.7

0.9

38

2019/4/12 3:50

1.7

0.9

-1.5

3.2

2.4

19

2019/4/13 5:20

3.7

0.9

0.1

3.6

0.8

410

2019/4/14 4:10

9.4

6.8

3.8

5.6

3.0

4

11

2019/4/17 4:50

7.8

4.9

2.3

5.5

2.6

3

12

2019/4/22 2:50

6.7

6.3

5.9

0.8

0.4

2

13

2019/4/28 4:40

0.7

-1.3

-1.6

2.3

0.3

2

14

2019/4/29 4:00

10.0

7.9

3.1

6.9

4.8

1

15

2019/4/30 4:00

8.8

5.9

4.1

4.7

1.8

3

16

2019/5/4 4:20

8.8

5.8

4.1

4.7

1.7

2

17

2019/5/5 6:00

17.0

12.4

11.6

5.4

0.8

2

18

2019/5/6 3:20

16.8

15.1

8.7

8.1

6.4

3

19

2019/5/9 3:007.9

4.7

3.6

4.3

1.1

220

2019/5/13 4:40

4.2

2.2

0.9

3.3

1.3

321

2019/5/14 1:50

8.4

5.3

4.3

4.1

1.0

3

22

2019/5/16 0:00

11.6

11.3

9.9

1.7

1.4

2

23

2019/5/23 3:20

15.6

12.1

10.4

5.2

1.72

24

2019/5/25 1:10

14.0

11.3

10.0

4.0

1.3

225

2019/5/30 3:00

11.8

8.9

8.2

3.6

0.7

2－13－
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して二層構造を形成するパターンであると推察さ【謝辞】

れ，陸上の観測では捉えることが難しいと考えられ

本研究は平成 31 年度北見工業大学学長裁量経費

る．
今回の観測期間では上位蜃気楼発生の閾値を t1-（研究代表：佐藤和敏）による助成を受けて実施しt3 気温差が 3.2℃以上と設定することにより，80%た．の上位蜃気楼が予測可能であることが示唆された．
気温差は t2-t3 よりも t1-t3 の方が常に大きく，気温【参考・引用文献】

センサは可能な限り高い位置に設置し地表面付近

1) 日本蜃気楼協議会，2016：蜃気楼のすべて！，草の気温との気温差をとる方が冷気層の形成を捉え

思社，108pp．

るのに有利であるという結果が得られた．

2) 大鐘卓哉，加藤宝積，佐藤トモ子，2013：流氷の最大の t1-t3 気温差が現れた時刻に着目すると，蜃気楼の観察と「幻氷・おばけ氷」に関する考察，冬型の上位蜃気楼が発生した期間は午前 4 時から 5

北海道の雪氷，32，26-29．

時にかけての早朝であり，春季－秋季型の上位蜃気

3) 佐藤トモ子，2015：斜里町における上位蜃気楼の楼の場合は午前 0 時から 6 時と幅広く発生し，午前記録，知床博物館研究報告，37，43-52．

3 時の深夜に多く表れていることがわかった．これ

4) 石原宙，舘山一孝，佐藤トモ子，小林一人，2018：

は日照時間が季節ともに早まっていることが原因

冬季の斜里における上位蜃気楼の発生状況の調であると考えられる．

査-ドローンを用いた鉛直気温分布の観測手法の今回の観測では，蜃気楼発生の有無に関して目視確立-，雪氷，80(3)，213-226．

観測データを使用した．しかし，目視観測は不定期に行われおり，観測時以外にも蜃気楼が発生している可能性がある．そのため，インターバルカメラなどによる連続観測を実施し，予測精度をさらに検証する必要がある．
５．まとめ
斜里町内の鉄塔に LPWA 式気温センサを設置し，2019 年 2 月 15 日から 5 月 30 日にかけて気温の鉛直分布のリアルタイム観測を行った．現地での蜃気
楼目視観測と比較した結果，最上部と最下部の気温差から 3.2℃を閾値として上位蜃気楼の発生を予測できる可能性が示された．
今後は蜃気楼発生予測の精度を客観的に評価するために，不定期に行われていた目視観測だけでなく，インターバルカメラによる連続観測も実施することが課題である．

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