北海道の雪氷No.39（2020）

Annual Report on Snow and Ice Studies in Hokkaido

降雪時の降水量計の捕捉率に関する再検討～風速変化の小さな降雪事例に着眼して～Re-examination on catch ratios of falling snow by rain gauge－Analysis focusing on snowfall cases with narrow ranges of wind speed－

大宮 哲 1, 原田 裕介 1, 高橋 丞二 1
Satoshi Omiya1 , Yusuke Harada1 and Joji Takahashi1
Corresponding author: somiya@ceri.go.jp (S. Omiya)Catch ratios of rain gauge for falling snow decrease with wind speed. Regression equations between catch ratios and windspeeds are proposed by previous studies. However, these discussions were all about average wind speed during fallingsnow events. Therefore, in this study, we conducted an analysis focusing on the case with narrow ranges of wind speed.
１．はじめに降水量計（雨量計）を用いて降雪を正確に測るのは難しい．それは，降雪は雨に比べて風の影響を受けやすく，風速の増加とともに降水量計に捕捉されにくくなるためである．従って，正確な値を把握するためには，実測値に対して捕捉損失分を補正する必要がある．これまで，国内外の多くの研究者によって降雪に対する降水量計の捕捉特性が調べられている．国内の例としては，横山ら 1)や大宮・松澤 2)などが挙げられ，捕捉率（実測値／真値）と風速の関係式が示されている．しかし，これらは降雪イベント単位の解析であり，イベントの平均風速を代表風速として扱っているため，イベント中の風速変化の影響は考慮されていない．実測値をより適切に補正するためには，降雪時の風速変化がなるべく小さいデータを用いて作った関係式を用いて補正する必要があると考える．そこで，本研究では風速変化が小さい降雪事例のみに着眼した解析を行い，降水量計の捕捉率と風速の関係について再検討した．
ここで，「真値」の算出方法は世界気象機関（WMO）に従う．WMO は二重柵基準降水量計（DFIR）による実測値に換算式 3) を適用して求めた値を真値として扱ってよいとしており，既往研究，本研究ともにこの手順で求めた値を使用している．
国内で使用頻度の高い 3 種類の降水量計（転倒ます式，温水式，溢水式）を図 1 に記す．溢水式には元々風除けが取り付けられており，その外形は温水式に風除けを取り付けたものにほぼ等し
１土木研究所

寒地土木研究所

い．地点によって更新時期は異なるが，溢水式は1990～2000 年代まで北海道内のアメダスで広く使用されていた型式である，なお，現在は温水式に風除けが取り付けられたものが，北海道内の全アメダスで使用されている．

転倒ます式

温水式

溢水式（風除け付）

図 1 国内で使用頻度の高い降水量計 1)より転載
２．横山ら 1)・大宮・松澤 2)の研究成果の概要
横山ら 1)は図 1 に示す 3 種類の降水量計を用
い，降雪イベント毎に求めた累積値から捕捉率CR を算出し，風速 U との関係を示した（図 2）．
図中の曲線は吉田 4)の式に回帰させて求めた回帰曲線である．大宮・松澤 2)は横山ら 1)の結果の多くが風速 5m s-1 以下であることに着眼し，それ以上の強風時のデータを補完すべく，強風頻度の高い石狩吹雪実験場（寒地土木研究所所有の観測施設）にて観測を行った．そこでは，転倒ます式および風除けを取り付けた温水式の 2 種類の降水量計が用いられた．結果を図 3 に記す．なお，比較のため，図 3 中には横山ら 1)が示した回帰曲線も付記してある．この結果より，強風時においても捕捉率の減少傾向は変わらないこと，転倒ます式の回帰曲線がほぼ一致すること，外形がほぼ等しい溢水式と風除け付き温水式の回帰曲線が概ね一致することが示され，捕捉率は主に風速と降水量計の形状に依存することが確認された．

Civil Engineering Research Institute for Cold Region, Public Works Research Institute－ 33 －Copyright©2020 公益社団法人日本雪氷学会
The Japanese Society of Snow and Ice

北海道の雪氷

No.39（2020）

Annual Report on Snow and Ice Studies in Hokkaido◆ 転倒ます式● 温水式（風除け付）

1.01
0.80.8

捕捉率 CR黒の曲線は横山ら1) より
0.6
0.6

0.4
0.4

0.2
0.2大宮・松澤2) を改変
0000224466
風速 U8810101212m s-1

図 3 大宮・松澤 2)が示した捕捉率と風速の関係
３．風速変化の小さな降雪事例に着眼した解析
横山ら 1)が解析した降雪 1 イベントの平均継続
時間は 14 時間 49 分，大宮・松澤 2)のそれは 6 時間 22 分であった．横山ら 1)の解析イベントはその日時が明記されていないため，イベント中の風速変化量については不明であるが，大宮・松澤 2)の解析イベントにおける風速変化量の平均は 4.7m s-1（最大 11.7 m s-1，最小 1.1 m s-1）であった．
従って，図 3 に示すプロットはそれぞれこれと同程度の風速変化幅を有する．
本研究は，風速変化が小さな降雪事例のみを扱う．石狩吹雪実験場における過去 5 冬期（2014～2018 年度）の観測データ（降水量（DFIR，転倒ます式，風除け付き温水式），風向風速，気温；いずれも 10 分平均値）を使用した．この中から下記の条件に合致する連続データを抽出し，それぞれの累積値から捕捉率を求めた．ここでは，抽出された連続データの平均風速を代表風速とした．なお，以下の条件は全て「かつ条件」である．
抽出条件① 風速変化が 1 時間以上にわたって1.0 m s-1 以内に収まっていること② 気温が常に 0℃未満であること③ DFIR 観測から求めた真値の累積値が4mm 以上（水換算値）であること
図 4 に，風除け付き温水式降水量計についての結果を示す．5 冬期において上記抽出条件に合致したものは 16 例あった．図中の横軸エラーバー－ 溢水式 横山ら1)－ 温水式（風除け付） 大宮・松澤2)● 温水式（風除け付）
本研究

1.01
0.80.8

捕捉率 CR

図 2 横山ら 1)が示した捕捉率と風速の関係

は風速変化幅を示す．比較のため，横山ら 1)の溢水式と大宮・松澤 2)の風除け付き温水式の回帰曲線も付記してある．また，表１に捕捉率 CR と風速 U の関係式，関係式から求めた捕捉率の実測値に対する二乗平均平方根誤差（RMSE），風速ごとの捕捉率を記す．本解析で得られた降水量計の捕捉率は，既往研究の捕捉率よりも低い傾向があった．また，既往研究に比べ RMSE は小さく，よりばらつきの少ない結果が得られた．求めた関係式によると，いずれの風速においても捕捉損失分が既往のものより 10％前後大きい．これは，既往の関係式を用いた場合には捕捉損失分を十分に補正しきれない可能性があることを示している．
降水量計の捕捉率と風速の関係式を高精度化することは，アメダス降水量計による実測値からより妥当な降雪強度を算出するうえで必須であり，これは冬期道路管理や雪氷災害対策，水資源の評価等，様々な観点から重要である．

0.60.60.4
0.4

0.2
0.200
024610812風速 U m s-1

図 4 本解析で得られた捕捉率と風速の関係
表 1 降水量計ごとの関係式・RMSE・捕捉率
降水量計の種類

風除けの有無溢水式

有（横山ら1)）（標準装備）

温水式（大宮・松澤2)）

温水式
（本研究）

捕捉率CRと風速Uの関係式

CRRMSE

U= 8U = 101
1  0.128U

0.107

0.80

0.61

0.490.44

有1CR 
1  0.149U

0.167

0.77

0.57

0.46

0.40

有1CR 
1  0.221U

0.106

0.69

0.47

0.36

0.31

CR 

U=2

U= 5

【参考文献】
1) 横山宏太郎ら, 2003：冬期における降水量計の捕捉特性, 雪氷, 65, 303-316.
2) 大宮哲, 松澤勝, 2017：強風時における雨量計の降雪粒子捕捉率に関する検討, 寒地土木研究所月報, 769, 2-8.
3) Goodison et al, 1998: WMO Solid Precipitation
Measurement Intercomparison Final Report,
WMO/TD-No.872, p.212.
4) 吉田作松, 1959：積算雪量計の研究（第二報）
主として型別の捕集率ならびに積算雪量計実用化のための吟味, 研究時報, 11, 507-524.

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