〔短 報〕：： （逆転層；鉄塔データ)

筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測―斜面温暖帯に着目して―

植田宏

昭 ・小塙 祐 人 ・大庭 雅

道 ・井 上知栄釜江

陽一 ・池

上 久 通 ・竹内茜 ・石 井直貴要旨

筑波山の東西南北４斜面上に，標高約100m 間隔で気温ロガーを設置し，2008年６月１日から2009年５月31日までの期間において，30分間隔の通年観測を行った．斜面温暖帯を定量的に議論するために，麓からの逆転強度を斜面温暖帯指数（Thermal Belt Index；TBI ）として定義した．TBI の大きさは，冬季を中心に極大となり，標高200〜300m を中心に斜面温暖帯が形成されていた．斜面温暖帯の年間発生日数を各斜面で比較すると，西側103回，東側99回，南側59回，北側35回であった．斜面温暖帯を規定する広域の逆転現象との関係を議論するために，平野部に設置されている気象観測鉄塔データと斜面上の気温を比較した．

１．はじめに気温は氷点下１℃以上であった（郡司 1958）．この値

筑波山の中腹地帯では，静穏な夜間に山地斜面の中はみかんの栽培条件の下限でもあり，筑波山がみかん腹の気温が麓に比べて相対的に高くなる「斜面温暖帯栽培の北限地であることとも整合的である．筑波山の（thermal belt）」と呼ばれる現象 が 発 生 す る（吉 野

西側斜面では，上記の気象観測結果を受けて，昭和301982）．この地域は，古くから在来種のフクレ（福来）年代（1955年以降）から観光を主目的とした温州みかみかんの栽培地として知られていた．一般にみかんのんの栽培が始まり，最盛期の1970年には，40戸以上の栽培条件は，年平均気温が15℃以上であること，さらみかん栽培農家が存在していた（小林・腰塚 1983）．に最寒月の最低気温が氷点下１℃以上であることとさ

現在はみかん狩りを主目的とした栽培農家が11軒残存れている．水戸測候所（現在の水戸地方気象台）にしているが，担い手の高齢化が問題になっている．こよって1953年から３年間にわたって実施された山麓でのような背景の中，筑波大学では周辺地域との連携のの気象観測によると，中腹地帯における最寒月の最低一環として，筑波山頂でのアメダス代替施設の復活や（Hayashi et al. 2006），斜面温暖帯に関する教育・研

筑波大学生命環境科学研究科．
筑波大学生命環境科学研究科（現：（財）電力中央研

究プログラムを実施している．
第１図は風が静穏でよく晴れた条件下における深究所）．

夜〜早朝間の気温の鉛直プロファイルを，関東平野と筑波大学生命環境科学研究科（現：（株）富士通エ筑波山を想定して模式的に示したものである．平野部

フ・アイ・ピー）．

では地面からの放射冷却により，地表付近の気温が低

筑波大学生命環境科学研究科（現：（株）ウェザーニューズ）．
筑波大学生命環境科学研究科（現：（株）ナビタイムジャパン）．

Ⓒ 2011 日本気象学会
2011年９月

下するため，気温は高度とともに相対的に高くなる．
このような大気の逆転現象が発現した際に，山岳が存在していた場合を考える．逆転層内の山岳斜面上の気―2011年３月15日受領―

温は，山麓に比べて相対的に高くなることは容易に想―2011年５月27日受理―像される．ところが山岳斜面では，放射冷却による気温低下が同時に生じている．この斜面上で形成された
15778筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測

冷気は，重力に従って冷気流として山麓へと流下し，を比較する必要がある．

不足した空気を補うように下降流が引き起こされると

近年，Ueda et al.（2003）は気温ロガー，サーモ考えられている（例えば Kobayashi et al. 1994）．下

グラフィー，ならびに係留気球を用いて集中観測を行

降流は断熱圧縮および気温の高い空気の鉛直移流を介い，西側斜面で観測された斜面温暖帯は100m 以上のして斜面上の気温を上昇させる方向に作用する．この厚さを持つ等温層の一部であることを明らかにした．

ように斜面温暖帯の発生因子を考える際には，広域のその後，堀ほか（2006）は筑波山の西側斜面におい逆転層の影響と山岳域での局地循環に伴う熱・力学過て，2003年の11月から2004年の１月にかけて実施した程を同時に論じる必要がある．

３ヶ月間の気温観測データに基づき，３日に１回の割模式図における山岳は，東西南北方向に一様な斜面合で斜面温暖帯が出現することを明らかにした．

を持った場合を想定しているが，実際には筑波山の北

上述のように，筑波山においては過去に斜面温暖帯東側は，柿岡盆地に面しているため，斜面によって冷に関する観測的研究が行われているが，４斜面上で年気流の発生規模や逆転層高度に違いが生じることが考間を通して観測した例はない．そこで本調査研究でえられる．第２図は，1955年１月の最低気温を筑波山は，斜面温暖帯の発生頻度・強度・極大高度などの季の東西断面にプロットしたものである（吉野 1961）．

節変動を明らかにするとともに，冷気流の発生と地形興味深いことに斜面温暖帯の高度は東西一様ではなとの関係を考察することを目的として，高度約100m

く，西側（関東平野）の方が東側（柿岡盆地）より高間隔での気温観測を，異なる形状を持つ東西南北４斜くなっている．このような斜面間の非一様性を論じる面において実施した．また，斜面温暖帯現象と広域逆には，異なる斜面上での同時観測データを用いて，逆転との関係を論じるために，筑波山から南に約20km

転層の厚さの違いや，冷気流に伴う補償下降流の強度

離れた平野に設置されている気象観測鉄塔（地上高213m）で観測された気温データとの比較を行った．
２．観測概要と解析方法
2.1 山 岳 観 測 と 鉄 塔
データ
第３図 aに筑波山および周辺の地形を示す．筑波山は関東平野の孤立峰（女体山頂877m）と呼ばれるが，実際には北北東と南東に山地が連なり，北東側は柿岡盆地に面している．本第１図

斜面温暖帯の概念図．植田（2008）より引用．

研究では東西南北４斜面を選定し，各斜面において標高差約100m 間隔で気温を計測した．観測期間は2008
年６月１日から2009年５月31日までの１年間である．
観 測 は 気 温 ロ ガー
「Thermo Recorder おんどとり Jr」を使用して行い，30分間隔でデータを記録し

第２図

16

筑波山における1955年１月の月平均最低気温の高度分布．吉野（1961）
より引用．

た．気温ロガーは全て地上1.5m に設置し，ロガー本〝天気" 58．9．

筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測

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体は日射の影響や雨の影響を受けないようアルミホイ月間である（鉄塔観測は2009年１月６日に終了）．なルで包まれた容器に格納し，温度センサー部分は外部お，気象研究所の海抜25m を鉄塔データの地上高にに露出した．センサーの先端は，降雨による雫の付着加算することで，筑波山の気温プロファイルとの比較を防止するため（冬季の氷結防止も含む），天空方向を行っている．に向けて観測を行った．なお，ロガーは全て自然通風

2.2 斜面温暖帯指数としている．気温データの測定精度については，器差斜面温暖帯を定量的に議論するために，斜面温暖帯が最大で0.3℃であることを 考 慮 し て，本 研 究 で は指数（Thermal Belt Index；以下 TBI ）を以下を用0.3℃以上の変動を取り扱うことにした．

いて算出した．

筑波山頂の気温は，男体山頂（標高871m）に設置されている気象観測ステーションのデータを使用しTBI（h,t）＝T（h,t）−T（t）（1)

た．山頂観測ステーションでは，地上1.5m の気温をT（h,t）は 斜 面 上（slope）の 高 度 h，時 刻 t で の白 金 抵 抗 温 度 計 を 用 い て10分 間 隔 で 観 測 し て い る

気温，T（t）は同時刻の山麓（foot）における気温で（Hayashi et al. 2006）．

あり，正の TBI は２地点間で気温の逆転が生じてい筑波山の斜面温暖帯と関東広域スケールの接地逆転ることを示している．

層との関係（以下広域逆転と呼ぶ）を調べるために，斜面温暖帯の強度や頻度の季節変化を同じ基準で論筑波山から南に約20km 離れた，気象研究所の気象観じるためには，日別に各斜面上において最低気温が出測用鉄塔で測定された気温データを使用した．観測は現する時刻 t

６高度（地 上 高10m，25m，50m，100m，150m，する必要がある．本論文では，h200m）に設置された白金抵抗温度計を用いて行わ式に代入した値を，斜面温暖帯 指 数 TBI と 定 義 すれ，測定間隔は１分間である（花房ほか 1979）．鉄塔

る．なお，最低気温は全ての高度でほぼ同時刻に出現

では地上付近の気温データが測定されていないため，していたため，本研究では共通の t

高層気象台（気象研究所に隣接する敷地）に設置され行っている．斜面上の気温の絶対値については，日最ている「アメダスつくば」の観測値で補完した．解析

低気温の鉛直分布を3.2節において議論するとともに，期間は2008年６月１日から2008年12月31日までの７ヶ各斜面における最低気温を第１表に示した．

第３図
2011年９月を抽出し，その時の高度 hおよび tを決定
を（1）を用いて計算を筑波山域の地形図．左は周辺地形図，右は山岳域の観測点．左の黒丸は気象研究所の観測鉄塔を示す．
17

780

筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測
第１表

全観測点における日最低気温の月平均値．W ，E，S，N は西，東，南，北，数字の１〜７は麓からの順番，Alti.は地上高（単位は m）を表す．空欄は欠測を示し，＊ 印 は 次 の 欠 測 を 含 む．W 6：11/9‑11/17，E1：1/17‑1/24，S7：7/24‑10/2，
N1：6/1‑7/24．

３．観測結果3.1 季節変化式（1）を用いて算出した TBI の季節変化を第４図に示す．TBI の大きさは全ての斜面において，12月に極大，８月に極小をとる．年間を通して TBI の値は，４斜面で類似の変化を示し，TBI の年平均値は西側斜面（2.6℃）と東側斜面（2.2℃）で大きく，次 い で 南 側（1.5℃），北 側（1.1℃）の 順 に 小 さ くなっている．
斜面温暖帯の発生頻度を調べるために，個々の事例において TBI が＋3.0℃を超えた状態が，３時間以上持続した場合を，本稿では斜面温暖帯が出現してい第４図る事例として判定した．第５図は各斜面での発生頻度を，月別に算出したものである．この定義によれば，各斜面における麓からの逆転強度（TBI ）の 季 節 変 化．１ 月 は 欠 測 期 間（1/17‑1/24）を除いた値．

年間の斜面温暖帯の発生は，西側斜面で103回と最も多く，次いで東側斜面の99回，南側斜面の59回と続せず，10月から徐々に発生頻度が増加し，12月またはき，北側斜面では最も少ない35回となっている．月ご

１月の極大を経て，４月頃まで気温の逆転現象が見らとの変化を見ると，斜面によって差はあるが，夏期れる．

（６月，７月，８月）にはほとんど斜面温暖帯は発現
18

TBI は麓の気温が著しく低下した場合，あるいは〝天気" 58．9．

筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測

781

斜面の気温が高い場合のどちらの状態においても，大きな値をとるため，気温の絶対値を合わせて議論する必要がある．第６図に，季節平均した最低気温の鉛直プロファイルを示す．斜面間の比較を行うために，一枚の図 に ４ 斜 面 の 値 を プロットしている．夏期（６月，７ 月，８ 月）の 気 温は，西側斜面の麓付近を除

第５図

各斜面における斜面温暖帯の月別発生日数．年間の合計発生日数を右上に示す．（a）西側斜面，（b）東側斜面，（c）南側斜面，（d）北側斜面．

第６図

各斜面における日最低気温の鉛直プロファイル．
（a）夏期：６〜８月，（b）秋期：９〜11月，（c）冬期：12〜２月，（d）春期：３〜５月．

き，高度とともに低下してい る が，冬 期（12月，１月，２月）には麓から高度200〜300m 付 近 ま で 逆 転現象が発現している．
麓と斜面上での気温を仔細に見ると，冬期の西側および東側斜面の山麓での気温低下（−２℃前後）が顕著であり，山頂の気温よりも低くなっている．一方，逆転の上端の気温は，南斜面で最も高く，とりわけ冬期にその傾向が強い．このように，西側および東側斜面では，麓の気温の著しい低 下 が，TBI の 増 加 要 因と考えられる．一方，南側斜面では，麓の気温は大きく下がらないものの，斜面中腹における気温の低下量が小さいため，結果としてTBI が大きくなっている．
麓の観測点は，小学校のグラウンドや畑地などである
ことから，比較的広域の気温を代表していると考えられるが，山岳域は樹木の有無や小さな谷などの微地形の影響も考慮する必要がある．森林による蓄熱効果や小さな谷を流下する冷気流
2011年９月

19782

筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測の役割などは，今後の課題である．

高度（破線）は，日没前後（17時頃）から深夜・早朝

3.2 日変化にかけて，徐々に高くなっている．気温の絶対値（例吉野（1982）が行った筑波山南斜面における斜面温

えば７℃の等温線）に着目すると，朝方にかけて次第暖帯の移動観測結果によると（第７図 a），深夜からに下層の逆転層が厚くなると同時に，200〜300m 付

早朝にかけて，斜面温暖帯の極大高度が上昇するとと近の高温層は８℃前後を保ったまま，高度が高くなっもに，12℃前後の気温が極大高度域で維持されていている．

る．このような現象が統計的にも見られるかを確認す

第７図 a を仔細に見ると，０時前後の１時間くらるために，晴天夜間のみを抽出して，斜面上の気温のいの間に，気温が一時的に低下し，その後に４〜５℃日変化を調べた．の強い逆転が200m 以下の高度に形成されていること

第７図 b は南側斜面における秋期（11月）の17時に気付く．吉野（1982）では，斜面上に蓄積された冷30分から翌朝７時までの気温変化を示す．気温の極大気が，斜面温暖帯をやぶって山麓に流下した影響を指摘しており，類似の変動が今回の観測でも３時頃に確認できる．斜面上の冷気流の間欠的な運動については，今後の研究を待ちたい．
3.3 広域逆転との関係
第１図に示したように，斜面温暖帯は広域逆転に大きく規定されていると考えられる．そこで，本調査では平野部に位置する気象観測用鉄塔データを用いて斜面上の気温との比較を行った．
斜面および鉄塔で観測された日没前の気温プロファ
イルについて，６月と12月の晴天日を平均したものを第８図に示す．夏の斜面上の気温は，鉄塔の鉛直プロファイルに近く，南斜面での気温差は約0.5℃と小さい．また気温の逆転も地表付近（100m 以下）にしか見られない．
一方，冬になると気温の鉛直構造は，斜面上，自由大気中ともに顕著な逆転を示し，両者における気温の極大は，ほぼ同じ高度に出現している．興味深いことに，斜面上の気温は，自由大気中の同高度の気温よりも大幅に低くなっている．この結果は，斜面温暖帯が広域逆転に支配されていることを示すと同時に，斜面上では放射冷却や冷気流によって気温の低下が引き起こされていることを示唆している．
４．まとめと課題
筑波山の東西南北斜面における斜面温暖帯の特徴を調べるために，４斜面の気温を標高約100m 間隔で2008年６月１日から2009年５月31日まで，30分間隔の第 ７ 図 （a）1965年11月15日17時30分 よ り16日07時までの筑波山南斜面における気温のアイソプレス．陰影は12℃以上の顕著な温暖帯を示す．太い破線は斜面上で最も高温なところを結んだ線．吉野（1982）
から引用．
（b）南側斜面におけ る11月
平均気温の高度時間断面図．データは晴天夜間平均値に基づく．
20通年観測を行った．斜面温暖帯はいずれの斜面において も 夏 季 に は ほ ぼ 発 生 せ ず，麓 か ら の 逆 転 の 強 度
TBI は１℃以下である．
冬季になると，気温の逆転は12月に最大となり，標高200〜300m を中心に斜面温暖帯が形成される．各斜面における12月平均の麓からの気温の逆転は，西側〝天気" 58．9．

筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測

783

れ，33名の大学院生・学部生（著者を除く）によって実施されました．実施にあたり，以下の皆様から観測圃場をご提供いただきました．南 側 斜 面（田 井 小 学校，ゐ多そば店，東豊学園
つくば松実高等学校），西側斜面（酒寄光司氏，海老沢 豊 氏）
，東 側 斜 面（小幡小学校），北側斜面（柿沼製粉株式会社，来栖英世氏）．また，筑 波 山 神 社，酒寄観光みかん組合，茨城
第８図

４斜面上の気温と鉄塔気温（太実線）の比較．（a）６月04時，（b）12月06時．晴天日の平均値に基づく．

森林管理署，茨城県生活環境課による支援を賜りました．気象研究所のデータのおよび東側斜面では４℃，南側斜面で３℃，北側斜面利用に際しては，同研究所の足立アホロ氏に品質管理においては２℃であった．斜面中腹の気温を比較するを含め，ご協力いただきました．ここに合わせて謝意と，最も高いのは南側斜面であり，他の斜面と比べてを表します．

約１℃前後高かった．この点を議論するためには，斜面上での１日を通した熱収支の視点から，日射による参考

文 献

森林の蓄熱効果（例えば Hori and Watarai 2005）や郡司

微地形による影響を議論する必要がある．

産業気象調査報告，21，89‑91.
花房龍男，藤谷徳之助，伴野 登，魚津

12月の山麓における最低気温は，西側および東側斜低下は，逆転強度が増大する理由の一つである．とり博，1979：筑波研究学園都市に新設された気象観測用鉄塔施設．気象研

面で約−２℃，南側および北側斜面は約０℃であった．このような西側および東側山麓での顕著な気温の助，1958：筑波山麓における気温の逆転について．

究所技術報告，（3），1‑50．
Hayashi,Y.and Research Group for Intramural Project（S）, 2006：M eteorological observation station at the

わけ，盆地に面する東側斜面の麓では，冷気湖の発達

summit of M t. Tsukuba. Tsukuba Geoenviron. Sci.,
２, 19‑24.

が継続的な気温低下を引き起こしている可能性があHori, M.E. and Y.Watarai, 2005：Observation of ther-る．

mal belt on an open slope by use of infrared thermography. Tsukuba Geoenviron. Sci., １, 3‑10.

気象研究所の鉄塔データとの比較により，筑波山斜面上の夜間における冬期の気温は，同じ高度における平野部の気温よりも低いことがわかった．このこと
は，斜面温暖帯が標高200〜300m にピークを持つ気

堀正岳，植田宏昭，野原大輔，2006：筑波山西側斜面における斜面温暖帯の発生頻度と時間変化特性．地理学評

温の逆転現象である（Watarai et al. 2005）と同時論，79，26‑38.
木村富士男，1994：局地風による水蒸気の水平輸送：晴天に，斜面上の冷却や局地循環の影響を受けていること日における日照時間の地形依存性の解析．天気，41，を示唆するものである．鉛直循環に伴う熱力学過程（例えば木村 1994）は古くて新しい課題であり，鉛直風の観測や数値モデリングなどを組み合わせた統合的な研究が待たれる．
謝辞

本観測は筑波大学の大気科学野外実験の一環で行わ2011年９月

313‑320.
小林守，腰塚昭温，1983：筑波山におけるみかん園の分

布と小気候．筑波の環境研究，（7），195‑202.
Kobayashi, T., M . Mori and K. Wakimizu, 1994：Anobservational study of a thermal belt on hillsides. J.
M eteor. Soc. Japan, 72, 387‑399.
植田宏昭，2008：環境教育の現場―斜面温暖帯の観察―．

21

784

筑波山の東西南北４斜面における高度100m 間隔での通年観測

筑波大学環境報告書2008，34‑36，www.tsukuba.ac.jp/

M t. Tsukuba：an observational study on 10‑11
December, 2004.Tsukuba Geoenviron.Sci., １, 11‑17.

public/pdf/tsukubaER0926.pdf（2011.7.25閲覧）.
Ueda, H., M .E. Hori and D. Nohara, 2003：Observa-

吉野正敏，1961：小気候―局地気象学序説．地人書館，tional study of the thermal belt on the slope of M t.
Tsukuba. J. M eteor. Soc. Japan, 81, 1283‑1288.

274pp.
吉野正敏，1982：筑波研究学園都市の低温と接地逆転層のWatarai,Y.,M.E.Hori and Y.Hayashi, 2005：Vertical発達．筑波大学水理実験センター報告，（6），35‑44.

structure of the thermal belt in the western slope ofAnnual Observation at the Four Cardinal Slopes on Mt. Tsukuba―With Focus on the Thermal Belt―
Hiroaki UEDA , Yuto KOBANAWA , Masamichi OHBA ,Tomoshige INOUE , Youichi KAMAE , Hisamichi IKEGAMI ,Akane TAKEUCHI and Naoki ISHII(Corresponding Author）Graduate School of Life and Environmental Sciences, University ofTsukuba, Ibaraki 305‑8572, Japan.
Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba.
Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba（Present affiliation：Central Research Institute of Electric Power Industry）.
Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba（Present affiliation：Fujitsu FIP Corporation）.
Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba（Present affiliation： Weathernews Inc.）.
Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba（Present affiliation：NAVITIME JAPAN Co., Ltd.）.
（Received 15 March 2011；Accepted 27 May 2011）22〝天気" 58．9．