国立防災科学技術セソター研究報告第5号

1971年3月

551，591：551，578．45（521．41）

降雪の強さと視程斎藤博

英

国立防災科学技術セソター雪害実験研究所

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1．まえがき積雪期の自動車道路の除雪が，良く行なわれるようになり，車のスピードは上がって来る．

また，現在計画されている高速白動車道路が雪の多い地方へ伸びることも決まっている．そうなると，降雪による視界悪化が事故の原因になり，また，速度制限の主要素になることが考えられる．したがって，降雪中の視程についての明確な知識が必要となる．

降雪の強さと視程の関係を調べた研究は少ない．鈴木弥幸（1963）は高田測候所の定時観測の資料を整理して，10分間降水量で表わした降雪の強さと，視程との関係を求めた．この時間の長さは，降雪の強さが数分の間にどんどん変わることを考えると，良い関係を得るには，若干無理である．そして，その関係は非常に大きな範囲に分散している．

M．Me11or（1966）はアメリカのHanover，N．H．で1964〜1965年の冬に，詳しい観測を行なって，報告している．この観測では，①空が完全に曇っている，②風がほとんどない，③
降雪の強さが，時問的にも，空問的にも定常的であるという三つの条件を満足している時を選んで行なった．①は視程の観測のため，②は降雪の強さの観測のため，③は両方の観測値が，一33一

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その観測空間内の平均値に近くなるために，それぞれ必要な条件である．このように注意して求めたデータであるから，かれの求めた降雪の強さと視程との関係は，分散が少なく，良い結果になっている．しかし，このような条件を満たすことは，日本海岸の季節風時の雪では，まれなことであり，通常の状態でない．また，強い降雪が含まれていないこともさびしい．

筆者は，1968年2月初めの季節風による強い降雪の場合に測定したので，その結果をここに報告する．

また，Me11orは視程と光の減衰率との関係が，霧や雨で一般に知られている関係と著しく異なり，視程から求めた光の減衰率は，実測して求めた減衰率の2倍になる，という結果を得た．かれはこれを観測条件の問題に帰しているが，筆者はこれを人問の目の感覚の機構から生ずる問題と考え，一つの私見を提示する．

2．観測の方法
視程を測るための目標物は，天空を背景にした黒い物体を選ぶことになっている．また，目標の大きさは，鉛直方向の視角0．5。以上で，左右の幅は5。以下のものを選ぶことになっている．これは，目標の明るさや大きさによって，見分けえなくなる距離が異なるからである．

しかし，白然の地物を選ぶ場合には，必ずしも，これらの条件を満足できない．今回は，特に目標を造ることはせず，雪害実験研究所から見える常緑樹，家および電柱を選んだ．これは気象庁の観測においても使っていることである．理論的には若干の差はあろうが，視程としての実用には，むしろこの方が適当であるともみられる．

目標物の所在は図1と写真1とで示す．残念なことには，500〜700mの問に目標物がない．
それで，不正確のきらいはあるが，その間は400mあたりの目標物の見え方で判定した．

降雪の強さは，降雪強度計の観測の検定を行なった際に使った微重量降雪計（斎藤博英ほか，1969）の2分問の降雪量を平均して，mg／cm2minで表わすこととした．

季節風の降雪では，通常ひと降りの雪は15〜20分のことが多い（斎藤博英・清水増治郎，1970）．そのため，降雪の強さは数分の問に全く変わることも普通である．これは降雪をもたらす積乱雲（対流雲）の直径が数km〜1O数kmぐらいであるためで，しかも，その中でまたいくつもの小さな細胞状に分かれていることが多い．したがって，空間的にも，数100mの範囲で降雪の強さは変化している．白分の近くに強い降雪が来ている時は視程が悪くなるのはもちろんであるが，白分の近くでは降雪が弱くても，目標物の近くで強い降雪があれば，視程は当然悪くなる．

このように，ある1点での短時間の降雪強度の測定値は，あまり信頼できる代表性を持たないが，2〜3分間の平均強度は，その辺数100mの範囲の代表性を持つものと見てよいであろう．しかし，数分間以上の長さを取ると，その時問内での大規模な強度変化が生じてしまうことが多い．これらの理由から，今回の研究では，2分間の降雪強度と，その問の視程とを対

一34一

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図1視程観測の目標物と距離

写真1視程観測の目標と付近の地物応させて調べることとした．

3．降雪の強さと視程との関係

1降雪についての観測例を図2に示す．これは季節風時の普通の降雪と思っていただいてよい．雪の降り方の強さの変化に伴って，視程の変化はこのように大きい．このことはまた，空間的にも大きな差があることを暗示している．ドライバーは通常安全性のぎりぎりのスピードを出している．時速36kmで秒速10mであるから，数秒の間に視程の悪い所に突っ込んで行くことはいくらでもある．もちろん，雪国のドライバーはそういうことを常に経験してはいるが，実際には，やはり危険性はある．

この研究に直接関係しないが，視程障害の実例を一つ示す．1969年2月5日，札幌の近くの一35一

国立防災科学技術セソター研究報告第5号

1971年3月

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図3長岡における降雪強度と視程の関係．
Me1lorの観測と比較して示す．

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図4高田における観測（鈴木，1963）と今回の結果と比較して示す．

一36一

降雪の強さと視程一斎藤

江別市で，白動車が約500台，延々3km余にわたって連なり，1夜を明かし，翌目の昼ごろになって，かろうじて整理された．この時の原因は，1台の自動車がふぶきで視程が悪化した所で，雪の壁に突っ込み，動きがとれなくなったことである．そのあとに続く車もまた対向車も，ともに引き返しもできぬうちに，それぞれあとからの車が詰めかけて，車の列ができてしまったわけである．

今回の測定結果を整理すると，図3のようになる．この図は横軸に降雪強度に視程γSを，縦軸をそれぞれ対数目盛で示してある．参考のために，Me11orの論文に示されているデータを×印で示し，今回の測定値を白丸印で示し，一つの図に入れた．これで見ると，降雪強度の強い所では，Me11orの測定と大きな違いが目立つ．

次に，鈴木弥幸（1963）の調べた高剛則侯所における測定値と比較すると，図4のようである．この図では複雑になるので，鈴木氏の図を再現し，それに，図3で求めた今回の直線を破線で示してある．この図でみると，今回のデータは高田のデータの分散している下方のグループを代表しているともみられる．

以上三つの結果を式で示すと，視程をγkm，降雪の強さをSmg／cm2minとして，次のように表わされる．
Saito：

γ＝1．15So・76，

Me1lor：γ＝2．17S−0・421，
Suzuki：γ＝3．70S−0・89．

最後の式は鈴木氏のデータから筆者が求めた．

このように比べてみると，降雪の強さと視程との関係は，何か他の要素によって，大きく乱されているものと考えざるをえない．しかも，図3および図4の点の分散状況から見ると，それぞれの値が，式でみるよ、うに大きな差異とも言えないようである．

4．点が分散することについての考察
4．1

測定条件による相違

降雪時の雪片は，直進する光をさえぎるとともに，反射による散乱光を出している．今雪片による光の減衰率をσとするとき，明るさB。を持った物体を7の距離から見ると，その明るさ凪。は，σを定数とすると，

H…（一11σ・・）一凪…（一σ・）（4・1）と表わされる．

雪片による散乱光の明るさを，距離γと7＋dグの間にある雪片から来るものをB曲とす
ると，それが目に到達する時には，κの距離を通るので，その明るさB附dグは
一B研dグ：一88exp（一σ7）d7−37一

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1971年3月となる．これが大気中のどの部分からも来るので，実際に目に到達する光の量は∫γ1
B柳d7＝一j38｛1−exp（一σκ）｝
Oσ（4・2）となる．

また空の明るさは，7→。。まで雪片が均等に分布しているものと仮定すると，∫ooB㎝d7＝ム／σ（4・3）

Oである．

いま距離グにある物休を見ると，背景の空の明るさと物体の明るさの明晴対照は（4・1），（4・2），（4・3）から，空の明㌻蒜…らの明るさ一（・一㌘）…（一剛（4・5）となる．

人間の目が識別できなくなる明暗対照の値をεとすると，視程γの時は，距離17kmのとき，見ようとする物体の明るさと背景の空の明るさとの明暗対照の値がεであるという意味になる．すなわち，その時には視程γと光の減衰率σとの関係は（・一管）…（一σγ）一ε（4・6）となる．物体が完全に黒いものであれば，B。＝Oであるから，その時はσ1／＝＿1nε（4・7）であり，通常ε＝0．02ぐらいとされている．

さて，実際には，黒い物体として選んだものは必ずしも充分黒くはない．今回選んだ目標も常緑樹である松と杉が主体で，それに家も含んでいる．これらは降雪がその上に積もると，黒い面積が小さくなり，目標としての充分の機能を維持できなくなる．高田測候所の観測では，周囲に目標になる物が多いので救われているのかともみられる．Me11orの場合は丘の上の樹林で，今回の目標と似ているのではないかと思われる．

次に空の明るさ凪は，雲の厚さや太陽高度・方向によって，かなりの差がある．したがって，（4・7）式の条件を充たさないときは，（4−6）式によって，3．／3。できくことになる．たとえば，対流型の厚い雲と温暖前面での比較的層状の雲では，前者の方が凪が小さく，γが小さくなることが考えられる．長岡の今回の測定が，HanoverのMe11orの測定に比べて，同じ降雪の強さに対して，視程が小さく求められたのは，こんな影響かとも考えられる．
4．2

雪片が動くための影響

霧などでは粒子の動きは見えず，明るさは統計的量として取り扱ってもよいが，雪の場合には，一片一片が相当の距離まで白く尾を引く状態で認められる．これは人間の目の残像のためである．これについては，前記の鈴木弥幸（1963）は影響がないとしたが，それは，人間の目一38一降雪の強さと視程一斎藤が光の刺激を受けたとき，それを蓄積する速さと減衰させる速さとが等しいと考えたためである．しかし，これが等しいという確実な根拠はないようである．

今，1個の雪片が方向に〃cm／secで動いているときについて考える．問題を簡単にするため，雪片の大きさは方向にDcm，ひ方向には1cmとし，∬方向の一次元だけで坂り扱い，背景の明るさは考えないことにする．この雪片の明るさをB∫とし，光の刺激が視神経に蓄積される率をμ。とする．この雪片がある点を時間サ＝oからま＝D／〃の間で通過する
とき，目に感ずる明るさを3とすると，チ＝0〜D／〃で，B・＝Bブ｛1一・・p（一μ、チ）｝（4・8）となる．そして，チ＞D／〃では，その点から光が来ないので，視神経に蓄積された刺激は時間とともに減衰する．この減衰率をμ・とすると，≠＞D／〃では，B・＝B∫｛1一・・p（一μ、D〃）｝・・p｛一μ沮（チーDμ）｝（4・9）と表わされる．

1点についてのこのような刺激の強さの時問変化は，雪片の動く方向へ向かって，雪片と同じ速さで伝搬するので，それを時空問分布で表わすと，時刻τには，O＜＜（〃τ一D）の範囲で
B1＝B∫｛1一・・p（一μ、1）／・）｝・・p｛一μ蜆（τ一D／・一また，（〃τ一D）＜／・）｝．

（4・10）＜〃τの範囲でB・＝酬1一・・p｛一μ。（τ一／・）｝1（4・11）となっている．

この視神経の感じている刺激の強さを，＝0から〃τまで積分した値凪が，時刻τで目に感じている全刺激である．それは，
凪一・／［・十・（★一÷）／・一…（一岬）／寸／・一…（一州…／一μ（1リ／・）／l（・…）となる．この式では，τが充分大きければ，右辺の最後の項は小さくなり，除外してもよい．
したがって，

凪≒［…（去一÷）／・一…（一μ・／・）／1坊（・…）としてよい．この式において次のことが明らかである．

〃：0（雪片静止）ならば，風＝房D，μ。＝μδならば，B包＝B∫D．

すなわち，どちらでも，動いている影響はないことになる．
しかし，μ、≠μδであるときは（4・13）の右辺の第2項がきいて来る．今，静止している雪片

より動いている雪片の方がより多くの刺激量を目に蓄積する可能性を調べるため，後者の場合

一39一

国立防災科学技術セソター研究報告第5号

1971年3月

を前者の場合で割ると，島一・・舌（去一ナ）／・一…（一μ・／・）／（・…）となる．これをもっとわかりやすい形にするため，μ。：αμ。とおき，μ辺／〃二βとおくと，（4・14）式は

島一・・（α一・）（・一音・音一丹・……）（・…）となる一βは小さい値であるから，今の場合は上式の最後の（）内は初めの1項か2項を考えるだけでよい．

筆者はαの値についての知識がないので，今は詳細に論ずることができないが，一般に光を感ずる速度は残像の減衰の速度より大きいと考えられているので，α＞1であり，静止している物体に比べて，動いている物体の方が刺激蓄積量が大きくなるものとみられる．

もちろん，明るい背景の中を黒い物体が動くときは，この反対の説明が可能であり，動くために，目に感ずる刺激の違いが少なくなり，視程の妨害も少なくなる．

このように雪片が動いていることは，人間の目に刺激蓄積総量の増大をもたらすほカ㍉感情的にも，動くものに目をうばわれやすいこともあずかり，雪片の運動はより多く視程の悪化に影響しているとみられる．

5．むすび降雪巾の視程を測り，降雪の強さと視程との関係を調べ，他の条件下のそれと比較した．
降雪中の視程は時間的にも空間的にも大きく変わる．

降雪中の視程は降雪の強さと密接な関係を持つが，他の種々の要素がきくので，その時の条件により大きな違いを生ずる．この点について，比較的大きな効果を持つ要素のきき方について，分析した．

参考文献

1）鈴木弥幸（1963）：視程と降雨（雪）強度との関係．気象庁研究時報，15，No．7，483−487．
2）Mellor，Malcolm（1966）：Light

scattering

andpartic1e

aggregati㎝insnow−stoms．∫ααc｛o1．，6，No．44，237−248．
3）斎藤博英ほか（1969）：赤外線を利用した降雪強度計の研究．防災科学技術総合研究報告，第21号，21−42．

4）斎藤博英・清水増治郎（1971）1長岡における降雪の日変化．国立防災科学技術セソター研究報告，第5号，25−31．

（1969年12月10目原稿受理）

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