1969三宇3月

第21号

防災科学技術総合研究報告

551，508．7：551，521．3：53，087．4

赤外線を利用した降雪強度計の研究
斎藤博英※・福井

篤洲・木村恭三

清水増治郎・五十嵐高志・監物勝英
国立防災科学技術センタペ写害実験研究所

On

the

Snowfall1ntensity−Meter
Scattering

of

using

lnfrared

the

Rays

By

Hirohide Sait◎※，Atsushi Fukui洲，Kyoz◎Kimura，Masujir◎Shimizu，Takashi lkarashi and Katsuei Kenm◎tsu∫れ舳刎θ・戸Sη・ωαηd1・θSεα伽・，〃αgα・たαAbstract

s

工t

is

we11−known

that1ight

cattering

of

the

by

snow

partic1es

scattering

can

be

backduetothe
measuring亡hein亡ensity

Infrared

ceivers，One
other

was

rays

rays

was

set

of

near

Attenuation

in

one

the

a

direction

wi！1bereducedr，andportionofiobserved．We

from

front

theしamp

of

in

in

a

ut山zed

o

agree

F

i

g．3・1・We

mu1a

w

i

t

h

to

a

xenon

of

the

lamp

lamp

were

at

measured亡hroughdistances

can

for

the

rays

reflected

backwards．

radiationbyfa1！ing

snow

is

representedbyformu1a3・2，in

obtain

the

va1ue

which

of

the

the

symbols

extinction

are

two

re−

of5to30meters，receivethetoref1ected

this．phenomenon

the

The

formula3・1，

sotheintensitiesoftheraysarrivingatthereceiverBinFig．3・1areし
t

it

due

snowfa！1．

emittedset

eInitted

xp（

cted

thc

same

lis

shl

lwη1n

coefficient

by

t

f

o

hc

r−

3・3・

Theintensitiesoftheback−scatteredraysarrivingatthereceiverDare
expressedbytiona1tothethe

scattering

th・f・11i・g…w
Or

formu1a3・5，orポ

apProximately

coefficientσ．

by3・6・SoAs后andσare

re1ated，w・…㎞・wth…1…fポ

theoftheword

Id

may

be

to

the

intensity

by・b・…i・gth…

propor−
of

1…

f1・

the

fa11ing

Id．

Nowwe

smw

don，thave，however，genera11y＊本論文執筆代表者

（The

it

writer＊＊昭和42年5月15日在職中死亡

sing1edefinition

means

the

resp㎝sib1e

for

（Died

in

quantitytheintensity

of

snow

present

paper）

office㎝May15．1967．）

一21一

of

havingdepositedin多雪地帯に歩ける交通路の雪害防止に関する研究

防災科学技術総合研究報告

第21号

1969

1・m2h・・i・㎝t・1…f・㏄・fth・g・・mdi・1mi・ut・．A㏄・・di・gt・thi・d・fi・i−

ti㎝，

shou1dberepresented

fa11ingve1ocity

of

each

The

ttme1aginsection4．The

cussed

of

snow

this

devices

which

were

are

presented

insections

The

a㏄uracyoftheemitted1ight

re1atedtoscattered1ight

re1atedthought

before

The

this

the

so

different

the

use

of

made

for

the

and

the

fa11ing

snow

of

mass

and

an

integra1circuit

purposes

is

of

dis−

correct

ve1ocities

of

snow

5and6．

bycorrect

intensity

prove

products

formu1a3・7．

snowfa11intensity−meter

the

such

intensities

intensities

fa11ingobtained

to

the

of

of

examinedmeasuring．The

snowfa11is

intensity

of

that

meter

the

is

shown

snowfa11isinsection7，

extinction

in

shown

of

the

Fig・7−Z・Back−in

Figs．7・3，7・4

is

more

accurate

than

re1ati㎝betwe㎝theva1ueswritten

by

we

had

experiment．

reas㎝of

and

of

the

and7・5．These4figuresinto

f1akes

va1ue

seen

owing

intensエty

thesummation

meter

of

with

the

f1ake，asmeasurements

compared

the

by

from

of

snowfa11must

each

was

severe1y

case

of

c1ose

other

be

that

the

cases，asthecorrect

measuring，ofthewindspeed

condition−which

restrictedbyconditions

of

this

meter

snowfa11were
the

not

snowfa11㎜s1esst㎏n

3m／sec．
工ncontrary

about

to

one

our

fa11ingsnow

f1akeswishes，in

cases

of

on1y，we

soft

hai1s

the

above

resu1ts．

meter

were

partic1es

cou1d

the

va1uesofbecause

the

hai1

our

of

the

correct

scatter

the1ight

not

so

much

as

snow

f1akesandfe11down

to

the

worse

when

the

soft

hai1s

were

fa11ingwith

theva1uesany

rate

from㎝etomakematters

records

ofcorrect

intensities．So

inten

s

An

this

ity

of

fauingadvantagewind

speed．So

with

the

correct

meter

took

s

we
oft

cou1d

ha

find

aW

accurate

that

the

va1ue

of

meter

is

we

use

this

meter

defects

more

speedi1y．And

smw

one

methodBut

f1akes，the

third

for

of

the

measuring

i1．

this

if

of

not

of

rain−gauge−typetheintensities，

got

third

the

in

company

recordisnotaffectedwithanother

one，forsnowfa11intensity−meter，themetersarebジheinstance

expectedtomutua11y．

次

目

玄えがき

23

測定の基礎的理論・…

・・26

7︐

3．

・23

6．

2．

降雪強度計の構造と機能
降雪強度計の記録値の拾くれ

5．

1．
4．

have

28

7．1

一22一

降雪強度の箪準値一・・

30

雪片落下の数倉よび速度の測定器…

30

降雪強度計による観測の精度…

32

観測にあたつての注意・・32

赤外線を利用した降雪強度計の研究一斎藤・福井・木村・清水・五十嵐・監物

7．2

透過光による記録値一一

…33

7，3

後方散乱光による記録値・

35

8．雪片の大小と光の散乱・…

9．言

1．まえがきとめ…一…・・……・

38
42

ヘルマニ■型自記雪量計が現在使われている．1＝の道路上に積もりつつある降雪の強さを知る〜二とば，道路の除雪作業を計画する際の最初の問題である．現在，降雪の強さを測る機械が在いので，除雪・排雪作業の管理を拾こなう部門から，降雪強度計の開発が要望されている．
気象庁では，降った雪を融かして，降水量として測つている．これば，降水・流出・蒸発などの水収支を調ぺたり，利用できる水量を水資源とし種の測器の欠点は，①風が強いと，受雪口から雪が入ってくれないこと，②風によって生ずる空気の擾乱のため，受雪部の重量が見かけ上振動的に変る，の2点であるが，両者共，現在の降雪強度を求める上では，大きな障害である．
気象研究所では受雪器で受けた雪を融かして，水滴にして落とし，2分間に何滴落ちたかを記録させる測器を試作（1）し，上の②の欠点を除いた．

て調ぺたりする目的には便利である．しかし，このために，降雪量の観測値が存在しないのは残念

これは機械が単純で非常によい記録が得られている．この研究は本総合研究の中の一つとしでおこなことである．

なわれた．しかし残念なことには，上の①の欠点

降雪量を積もった雪の深さで示すのは，新積雪の深さという．新積雪の深さを測る時間間隔としは除き得ないことは明らかである．

ては，3時間，6時間，24時間などが使われてとを止めるとよい．現在重量式積雪計と口乎んでいいる．降雪の強さを測るために，3時間新積雪深
何Cmというやり方は・実用的のようであるが，甚だ不便である．何故なら，3時間で新積雪が10cmだったとしても・この10cmという深さは時間と共に縮んでいく，しかも，その縮む速さば上からの圧力・積雪の密慶・雪の温度などの条件で大きく異なるからである．気象官署では，1日3回にわけて観測した新積雪の深さを三つ合計して24時間の新積雪深の代りに使っているが，これは誤りである．

実際，強い降雪の際に，雪が積もるのを観察す

ると，新しく1cm積もるのに5分位しかかからな
い．しかしそん左降り方で1時間続いても，12cm

は拾ろか10cmにも達しない．風の弱い日にしんしんと積もる雪は，20cm位の深さであれぱ，
その密度は0，06〜O．08g／εm3くらいのことが多いが，今積もりたてめ1cmくらいをとって測ると，その密度はO．029／cm3くらいのものである．
このように，積雪の深さは，特に新しく積もって間のないころは，時々刻々変るので，降雪の強さを短時間の新積雪の深さで示す1＝とは一般的でない．それで，降雪の強さは，やはり，単位時聞に降り積もる雪の単位面積当りの重さで示すのがよい．

このような降雪強度を測るには，一定面積の受雪口を持つ容器で降雪を受けながら，その重さを記録して時間変化を求め岩とよい．この型では，①の欠点を除くためには，雪を容器に受けるこる機械の感度を上げて，時間変化を測る方法が考えられる．この場合には，周囲の雪との連結状況の変化と上述②の風による障害とが重在ることになり，信用できる測定は不能であろう．

雪を容器に受けないで，その重さを測る1＝とは確かに難かしい．空間にある降雪片の量を，雪片が光を吸収・散乱する性質を利用して，測定することを考えた．この方法は次のような問題を持っている．それは，①雪片が光を散乱する量は，雪片の大きさ，結晶の形などによって異なる筈で，散乱光量から空間に分布する雪片の重量を推定す

ることは誤差が大きい，②空間に分布する雪片の量が求められても，雪片の落下速度ぱ1片毎に異なるので，地面に落ちる量ば空間にある雪片分布
密度に比例するとは限らない，の二つが主である．
問題点はあるが，実際に誤差がどの程度である
か，その誤差は補正する方法がないか，調べてみる必要がある．実際，相当の誤差を認めるなら，霧の濃度を測るVI計（早川電磯工業株式会社で作製・販売している・）で，降雪の強さを実用的に判断できることが，最近わかって来た．こうして，可能性と必要性が増しているので，今回総合研究の1項として取り上げた次第である．
2，降雪強度計の構造と後能この実験で使用した降雪強度計は，概略次のよ
うな機能を持つ各部分から成り立っている．

一23一

投光機はクセノンランプを用い非常に強い瞬間

多雪地帯に拾ける交通路の雪害防止に関する研究

防災科学技術総合研究報告

発光を拾こない，その光を放物面反射鏡を用いて，
あ言り広がらないように収束して，水平に近い角度で空間に投射するようにした．

第21号

1969

滅衰器はクセノンランプ発光量の経年的変化と光電変換素子の温度変化による電流電圧の変化を補正するために設けたものであり，自動利得較正装置により，16段階の滅衰度の中から適当な減クセノンラニ■プの発光は波長9，O00A付近の赤外部に鋭いピークを持ち，他の波長では薯しく弱いので，単光とみて良いくらいである．光度は衰度を選んで，増幅率を補正するように制御され

大体108cdで，その発光時間はO．3×10−3秒くらいである．発光間隔は5秒・15秒・30

こうして増幅率の補正により，クセノソラソプの発光量の変化や光電変換素子の感度と変化を補秒の3段階に調整できるようになっている．
受光部は，投光機から発した光以外のものをで正された電気信号は，交流増幅器に導かれ約きるだけ避けるため，開口角を3。（立体角）としたフードをつけ，そこに入って来た光を1■ンズで集め，光電変換素子に投射させるようになつてい

る．散乱と吸収とを区別して観測したいので，受光部は後方散乱本用と透過光用と二つ用意した．

る．

2000倍に増幅されてから，積分回路に導かれる．

積分回路＊では，交流増幅器から入って来た信号を小容量のコンデソサーC1にチャージし，それを次の発光重での間に大容量のコソデンサーO・に移し，次の発光による信号はもう一つの小容量

D−111光電変換素子の感度の波のコンデソサーC2にチャージし，それは更にその次の発光言での間にコンデソサーC3に移し，同時にコソデソサー01の残存電荷をディスチャージする．このやり方を交互にやって行くと，C1
C2のコソデソサーには1回毎に受光量に応じたチャージがおこなわれ，03のコソデンサーは1
回毎にC1または02との間にチャージのやりと長にょる変化とを，図2・1に見やすく対応さ

りをしながら，過去数回の受光量の平均的強さにせて示した．両者の特性がよく一致していること対応したチャージを保つごとになる．

光電変換素子は，クセノンランプの光を受けるに適するものとして甲・川電機工業株式会社のSPD−111を使用した．この分光感度特性は波長9，000Aで最大感度を示し，波長500Aでその20％，1100Aでその16％に滅少する．
クセノノランプから出る光の波長に対するエネルギ

ー分布とS

P

このC3コソデソサーの荷電量を続みとり言たが認められる．

6

比

／

5

エ

は記録させるために，直流増幅器を用いて電流増幅をし，感度調整ボリウムを通じて，電流計，記1OO／録計に導く．

稲
対
50惑
庄

ネ4

ル

ギ3

2

したがって，この機械による記録は1回毎の発光についての散乱光，滅垂光の強さを示すのではなく，数回前までの発光についての，それらの残存効果を持った，移動平均的な値を示している．
この場合の残存効果の強さはコソデソサーC1，C2

0

03

05

lo

光つ波長

O

l．3

とqとの容量の比と，両コンデンサーの間にある低抗の大きさ，発光時間間隔などにょって変ることに

一

なる．

図2・1

クセノンランプからの光のエネルギーとSPD太陽電池の感度
Energyofl1amp（fu11l
sens

i

t

（broken

iv

l

i

i

i

ght

outputfromine）compared

wi

ty

to

o

ne），

f

SPD

eac

pho

h∀s．wa

xenon

th
ce11

ve1ength．

光電変換素子で受光量にしたがって生じた電気装置自体から出る電気的雑音や外部の電波による雑音が入るので，それらを拾わないように，信号を受けとる時間をでさる隈り短かくすることにした．これは信号が積分回路へ導かれる部分で，タイマー回路によるスイッチソグの規制によつて紅こなわれる．この実験に使つた機械では，クセノンランプの発光の約2×10■2秒前にスイッチ

信号は前置増幅器により2段で約30倍に増幅さ・図4・1れてから・減衰器に導かれる．

一24一

参照

赤外線を利用した降雪強度計の研究一斎農・福井・木村・清水・五十嵐・監物

1｛刺榊

／戸…
帥微増㈱榊

■刑■冑繕幅器

鄭1モータ

減

寮

器

蔚圧電源回路信号増鰯回路利僧較川路

利脅較正同路

図2・2口＝巫

降雪強度計のブロック連結図
Blockdiagramofsnowfa11

intenSit｝・一meter・が入り，発光の後約5×10−3秒にばスイッチがれてある．

切れて信号が入らないようになっている．タイマ
ー回路ぱこの他に，ク乞1ノンランプ発光のトリガ

これらの機能を持った降雪強度計のブロ・ソクの連結を…覧図に示す一．，図2−2のしうであわ1

ー回路，自動利得較正装置のパルス計数回路を含そ■外観は写真2・1，2・2，2・3のようである．
次に，投光部の反射鏡，前面ガラス，受光部のレンズ系などの曇りが，光学的な障害となり，測定に大きな誤差を生ずることがある．これには，長い期間に徐々に汚れる場合と，雨や雪の付着によって急に障害を受ける場合とがある．長い期間の徐々に拾こる曇りは，一冬の間でそう大きくな
ることはないので，自動利得較正装置によつて補正される範囲内にあり，特に考えなくてよい．しかし，雪が付着すると，光が殆んど通らない位の強い障害に左る場合もある．したがって，これはブロワーで雪を吹き払い，付着してしまった雪は電熱で融かすこととし，両方の装置を取りつけてみ，それらの駆動を制御している．

自動利得較正装置は，8回の発光毎に1回だけ，交流増幅器に接続され，その時には，受光部は外部からの光を受けず，クセノソラソブの発光を直接反射板を経て受けるように仕組まれている．この駆動制御もタイマー回路で拾こなっている．したがつて，この時には，クセノソランプの発光の一部が較正用光電変換素子に達し，そこで生じた

電気信号は，他の7回の時と同じく，前置増幅器，減衰器，交流増幅器にやって来るが，そこから積分回路へは行かずに，白動利得較正装置へ導かれる．自動利得較正装置はこの電気信号の大きさに応じた数のパルスを発生させ，そのパルスの数に応じて減衰器の滅衰度を規制する．

こうして，使用電庄が上つてクセノソラソプの発光が強くなった場合には，滅衰度が1段下って，全体の増幅率が小さくなり，正常の発光量の場合ある．

重た，透過光を測定するための受光器は，投光機との間の相対位置と向きの相対角度が変ると，受光量が大きく変わることになる．このため，設置の際に充分注意して，観測の途中で変ることのないようにしなけれぱならない．

と等しい信号の強さに補正されることになる．

これらの電気回路は温度の変化によって複雑な誤差を生ずるおそれがあるので，電子恒温槽に入一25一

多雪地帯に拾ける交通路の雪害防止に関する研究

防災科学技術総合研究報告

写真2・1

写真2・3

降雪強度計投光部拾よび後方散乱受光部
Emitterandscattered

receiver

for

第21号

1969

降雪強度計の制御部
Controback−in

1ight・

l

tenS

box
i

of

the

snowfallty■meter・る．測定の墓礎的理論
降雪中の空間を進む光は，雪片によって吸収されたり散乱されたりして，距離と共にそのエネル
ギーを失っていく．このことは既によく知られているし，霧や煙霧などの場合と類似した形で，数学的にも扱える．

われわれが扱つている場合について・模式的に図示すると，図3・1のようである．すなわち，
A点のクセノソランプで出された光は反射鏡m，m・で反射し，ρの立体角を持って，右方へ向って，広がりながら進む．透過光の受光部はBに置いてあり，後方散乱光の受光部はDにあるとする．
受光部の開口角はωとし，受光1■ソズの面積はαとする．式の表示を簡単にするため，立体角9，ωの幾何学的頂点をそれぞれA，D1とする．

クセノソランプから1回の発光で出される光量を∫oとすると，これが立体角9で広がりながら進むので，単位立体角当りめ光量は∫■9である．

今，A1からτの距離にある，立体角9内の任意の点Cについてみると，そ1二の光に直角な単位面

写真2・2

積当りの光量は1；／972となるわけである．し透過光受光部
Receiverfortransmit

tedいght．

かし，この空間のAlからの距離がτo

一26一

より大き

赤外線を利用した降雪強度計の研究一斎藤・福井・木村・清水・五十嵐←孝一吋11

1，L生L」≦刊1

一

監物

r8

ヤ禰F且1

A

o

図3・1

光と機械の関係位置図

Location

of

paths

1ight．

い部分には雪片があり，そのために光は吸収と散乱によって弱る．その減衰係数をκとすると，C点を右向きに通る光の強さ∫。は，

ofapParatusandと示される．后の値は雪片の空間分布密度の函数であるから，これによって降雪の強さを表現してもよい．

后の値は重た，雪片の大きさ，形や個々の雪結・一嘉…1−1（剛1（…）

晶の形によって，雪片の空間分布密度が同じでも，と危る．

透過光受光器Bの位置がA1から8の距離にあるとすると，受ける光量∫あは，レンズの面積がωであるから，異なることが考えられる．しかし，普通の降雪では，実用的には，佑の値は雪片の空聞分布密度に比例する，とみてもあ玄り支障がない程度の関係がある．したがって，降雪の強さば，近似的には，∫ムの対数と直線的関係にある．
後方散乱光については，散乱係数をσとすると，○点に春ける値はσ■、である．これは，散乱現象o∫∫1一言…1一后（ムτ・）lgτ

の性質上，全方向へ均等の強さで散乱されるわけ
一1。・・p｛一后（仁τ。）し（3・2）

ただし∫Bは雪片等のないときBが受ける光量となる．4は受光器Bの位置によって決まる定数と考えてよいから，∫ムが測定されると，κのではないが，もし不均等の状況がわかれば補正できるので，今ば均等に分散すると考える．すると，散乱光の受光器Dの受ける光量1ンは，レソズの面積がαであるから，CからD言での距離を71とすると，値が求められる．后をわかりやすく表現するなら，

4＝

1・∫2−1・∫ろ后：

11I11I18口

一■一■

■一7。

（3

σα■。

。。p（一κγ。・）

4πγ・？

3）

となる．このよ一27一（．3・4）

うなC点は，図3・1で，A1

多雪地帯に歩ける交通路の雪害防止に関ずる研究

防災科学技術総合研究報告を頂点とするρの立体角を持つ円錐と，D1を頂点とするωの立体角を持つ円錐の共有部分の中に存在するものが皆該当するわけである．両円錐の共有部分が始重る所のD1からの距離をρとする．
また，図からわかる通り，CからD■一までの距離
は，A1とD，がすぐ近くにあるので，γにほとんんど等しい．そして，DとD■の間の長さは大体γoに等しい．したがって，受光器Dの受ける光の全量4は，∫㌧をD1を頂点とする円錐について，γ≧ρの全域について積分し，

ムー云∫（；≒、州州舳
噴たは

第21号

1969

て異なるので，量的には個々の雪片の重さを吻，

落下速度を〜，単位体積の空間内にある雪片の個数を∬とすると，〃

降雪の強さ＝ Σ閉〜＝ハ㌃5｛：1〃

十Σ△酬・△篶
｛：1（3・7）となる．ただし，〃，砂はそれぞれ仙〜 の平均値を，△吻，△〜ぱそれぞれ閉，〜 の平均値からの偏差を示す．

上の式の右辺第2項はどの位の値に在るかわからないが，これが大きいと，空間分布密度 元がわかっても，降雪の強さはわからない．重た，第1項の砂はどんな雪片が多いかによって変り，あられ友どぱ普通の雪片の2倍以上の値を持つ．こ乃｛μ〆功（㍗）1二なる．σは隆雪片の空問分布密暖の函教であり近似的にはほぼ比例する．これは厳密にぱτの函べであるが，会の場合は巨視的にみているので，場所による違いを無視して扱い，ゐと同じように定煎と考えると，晴分記号の外へ出される．

れらを理論的に普遍的に取り扱うことぱ現在不可能であるので，実験によって，どの程度の確かさ
で降雪強度を求め得るか，どんな雪に対してそれが可能かを調べることになる．

4．降雪強度計の記暴値のおくれ

2節で触れたように，この機械の記録値は1回1欠に，．」二式の積分は厳密に求めることは難かし

毎の発光についての散乱光，滅衰光の強さを示す

いが，育帳の値を持つことはわかっている．現在
つ問題でば，后の値が非常に小さいので，のではなく，数回前の発光についても，それらの残存効果を持っている．このことを説明しよう．

・・xpト2ん（トη）｝の項はγの値がρからρの教倍まで変っても，0．99ぐらいから0．9ぐらい重RL■

三〇分の1と小さくなる○で，4π9（ρ一η）

R・■◆

丁

池

q工

αψ×025∫ぽ＝σ

R

軌

でしか変らない．その問に（τ一γo）■2の方は何（36）としても，その誤差ばせいぜい2％以内である．

σの値は当然，居の値と関連を持ち，雪片の大きさ，形や個々の箔晶の形によって，雪片の空間
ク布密度が同じでも・異なることが考えられる．
しかし，普通の降雪では，実用的には，雪片の空問分布密度に比例して変る．したがって，降雪の強さは，近似的にば，乃 と直線的関係にある．

図4・1

積分回路の模式図
Schemat

ic

di

agram

o

f

integral

さて，上の議論では，降雪の強さは降雪片の空問分布密度に比例するものと考えているが，降雪の強さを単位時間内に単位面積の水平地面上に積図4．1には積分回路を模式的に示す．観測

もる雪の重さで示すならぱ，それは降雪片の空間分布密度と雪片の落下速度の積で表わされる．雪の際，第ω回目の発光直前のコンデンサーC3の電圧が刀卜1であったとする．その直後に第犯回の片の落下速度はその形，大きさおよぴ重さによっ発光があると，それに対応する散乱光または透過

CirCuit．

一28一

赤外繍を利用した降雪強度計の研究

斎震・福井・木村・清水・五十嵐・監物

刀、十1＝（1イ）凪柵7冗十1一

光を受けることにより，図4・1のコンデンサーO。が充冨される．コソデンサーC、と同CgとはスイッチSと低抗Rとで結ぱれているから，電流は電圧の高いコソデンサーから電圧の低いコンデソサーへ流れる．コンデンサーC1の容量を

（4・4）
ただし，

仁六卜峠叫

0、，同C、の容量を0、，抵抗Rの低抗値を刀とする．今発光があって，それを受けた入力によって，コンデソサーC1の電荷が瞬問的にρ1，、となり，電圧が7πになったとする．そのときコソデンサーO、にはρ3，π一1の電荷があったとする．

コンデンサーC1が充電されてから亡秒後までにコソデンサーCgに移る電荷をρとすると，
ρ。，パρ

0．

ρ。，π一。十ρ

一

0。

となる．

さて，い重入力が0であって，コソデンサーC3に電荷がなかった状態から，急に1回毎の発光に対応する入力が，コソデソサーC1，C2に交互にザ0の電圧を生ずるようにすると，上の式により，
亙o＝0であるから，亙1＝α7o，亙2＝（1一α）
・α㌔十α7。・万。＝（1一α）｛（1一α）十1｝α7・

十α㌔となり，πをO秒後には，dρ

胡一〃（4・1）

凪＝α7。｛1＋（1一α）十（1イ）2＋…・一となる．この式を，舌＝0でρ二〇，舌＝o・で十（1一α）π1｝ρ≒・。の条件でとくと，＝7。｛1一（1一α）π｝

03ρ1，π一01ρ3，π一1

（4・5）

ρ＝

0。十0。

・／・一べ鈴叫となり，他の増加に伴って7oに近づく．

次にコソデソサーC3の電圧が亙oであるとき
急に入力のない状態に変えると，万1＝（1一α）万o，（4・2）

亙2＝（1一α）2Eoとなり，他舌o秒後は，となる．今，発光時間間隔をへとすると，次の発光の直前に拾ける時刻は舌oとみてよいので，その時のコソデンサーC3の電圧を刀πとすると，その値は炸卜点｛㎞峠1州・凪一・・点・イlll；1小17π＝（1一α）旭17。

（4・6）となって，他の増加に伴ってOに近づく．
この状態を検定するために，次の方法をとった．
雪の降らない，空気の澄んだ日を選んで，降雪強度計の発光部の前1mの位置に反射板を置き，透過光を完全になくし，一定の散乱反射を作った．
こうして，透過光の記録値がOを示し，後方散乱

光の記録値が90を示して増滅し庄くなったとき，反射板を取り去った．すると，そのときから，発（4・ 3）となる．この時に，スイッチSはコンデソサーC1
から同C2へと切り替わる．そして，次の瞬間に光回数の増加と共に，透過光の記録値は（4・5）式

第π十1回の発光が起る．この発光によつて，コンデンサーC2の電荷が瞬問的にρ2，π十1となり，ーC。には，その瞬間から電荷が移り始める．そして，第犯十2回目の発光直前には，コソデンサに従つて滅少し，図4・2のようになった．
この記録値からのαの値を求めると，透過光の記録値については0．34，後方散乱光の記録値についてはO．11となつた．この場合発光時間間隔は15秒としてあったので，時間変化に換算する

ー03の電圧刀叫1は，コンデンサーC2の容量なら，6＝15他とするとよい．図4．2にはが01に等しいので，前のこのような時間を記してある．

電圧は7；十1となるとする．すると，コンデンサ

り，

ときと同じ変化をたどに従って増加し，後方散乱光の記録値は（4・6）式

記録値は，厳密には，発光と発光の間く犯が整数でない時間）の変化は，（4・3）式のへを舌と

一29一

多雪地帯に右ける交通路の雪害防止に関する研究

防災科学技術総合研究報告

第21号

1969

このよう方目的で，風のない場合に降雪の強さを測るために，次のような徴重量降雪計を作った・
IOO

その構造は受雪口を10cmx10cmとし・その下に受雪皿を置き，受雪皿はひずみ計に吊してある・

降雪が受雪口から入り，受雪皿に積ると・その重みがひずみ計にひずみを生じさせるので，それを指示

担記録することになる．増幅を適当にして・20g
でフルスケールになるよう調整し，その1／100の精度で記録した．この徴重量降雪計の外観は写50

真5．1のようである。

O

O1234567
時朋

図4・2

S6C

記録値の拾くれ・上昇：透過光・下降：後方散乱光
胎・p・・・・・・・…；・i・i・g：t・…mitt・dlight，f・lli・g：b・・k一…tt…d1ight．
した式で示されるので，発光毎に時間で徴分した微分係数が不連続に変るのが普通である．この点については，通常の観測では，特に注意する程の
写真5・1微重量降雪計（標準観測用）
APP。・・t・・f・・・…㏄tm・…「emntことはない．

5．降雪強度の標準値o｛

降雪強度計が正しい測定値を示してくれるか・
その測定値の誤差はどの程度かなどを調べるには

snowfa一一

intensity．

微重量降雪計の記録値は1分毎に読みとり，その差を求めて1分間の降雪量とした．

降雪強度の正しい値が必要である．

降雪強度の測定を正確に拾こなえる機械があるなら，この研究ば不要である．しかし，降雪の強さを正確に測らなけれぱ，この研究は不可能とな

6．雪片落下の数およぴ速度の測定器
第3節でも触れたように，降雪の強さは空間をる．

雪を容器に受ける場合，風があれぱ容器に入る量は著しく滅るのて，容器に受ける種類の測定は精度がよくないが，風がない場合には，雪は真直
ぐに落ちて，比較的狭い受雪口にでも充分入ってくれる．したがって，風のない時には・降雪を容落下しつつある雪片の量とその速度の積によって定重るので，降雪強度計の精度には雪片の落下速度を考慮に入れる必要がある．それで・一定面積の水平面を一定時間内に通過する雪片を，5段階の速度階級に区分し，各区分に入る雪片の数を指示し，かつ記録する装置を作った．

器に受けて，その重さの増加を記録させる方式で降雪の強さをかなり正確に求めることができる．
こうして，降雪強度計の精度をチエックできることになる．勿論，これは風の弱い場合のチェッ
クであるから，風があるときについても同じように正しいかどうかは疑わしい，とも考えられる・
しかし，雪片の空間分布密度を光の散乱で測る場

この機械は投光部と受光部を外に拾さ・制御部を室内に置いて観測するようにした．図6．1に
投光部と受光部の構造を示す．

投光部の光源は15Wのタソグステン電球を用
い，電源は直流5Vを使用した．この光は集光1■
ソズにより，ほぼ平行光線となって・受光部に照射する．受光部には撮影用レソズ（Cine■Nikkor

合には，風の影響は直接的にはない筈であるから100mん，F2．8），2個の太陽電池（20mmx5㎜

今の問題についてはこの方式てチェックすることの細長い長方形のものを8mmの間隔で平行に置く・）とした．

2組の前置増幅器などが組み込まれている・レソ

一30一

赤外纏を利用した降雪強度計の研究一斎凄・福井・木村・清水・五十嵐・監物

動いていく．この雪片の像の通過によって，二つの太陽電池からそれぞれパルス状の電気信号が作り出される．二つのパルスの時間差は雪片像が二つの太陽電池の間の距離を移動するに要した時間にズと太陽電池の相互位置は，写真機のレソズとフィルムの関係になつている．

投光器と受光器の間に落ちてくる雪片は，光束をさえぎり，太陽電池面に像を結ぷ．雪片の落下に伴い，像は下の太陽電池から上の太陽電池へと

シネレン

ズ

刺置椿鰯綜

雪片落下速度計の投光部（左）と受光部（右）図6・1Emitter（1eft）and光冒変狡素子recej▽er（right）of

the

snow

fa11ing∀e1ocity−meter．

光電変換素子

揃置増幅器
交流増幅器

交流増幅器

，ユミ

シュミット回路

ト回路

1、．

ij

位相差検出回路

安定▼ルチ・｛イプレー

■1一

変緒一

座〆1鳩鳩沽

1

一、変櫛然

・ルス発生回路

＝ター

メ

｛一一

↑
D−A変換器

直流婚脇器

メ、丁クー

1〕一＾変換器

直流晧幅舗

メーター

颪統噌曲吊溝

メーター

・
■

凹

吉定¶几チパイプレ

分周阿路

↑

カウノター

nへ度換滞

マトリク刈1ゴ綿録

図6・2

雪片落下速度計のブロック連結図
B

l

ock

diagram

of

the

snow

fa1l

に等しい．

図6・2には信号経路を示すブロックダイヤ
グラムを記してある．太陽電池から出た電気信号
ぽ，それぞれの前置増幅器を経て，制御部に送られる．制御部では言ず交流増幅器で増幅されてから，シュミット回路に入る．ここで，山形であつたパルスの波形を方形にする．これは位相差を検出する際にパルスo形の違いによる誤差をさける

ing

veloc

i

ty−meteP

位相差検出回路ではこの二つの方形波の位相差をパルス幅とする一つの方形波を作る．一方，パルス発生回路では一定周波数の方形波クロックパ
ルスが作られている．位相差パルスとクロックパ
ルスとのパルス幅の関係は，雪片の落下速慶の最大のときの位相差パルス幅をτmin・落下速度の最小のときの位相差パルス幅をτmaXとすれば，クロックパルス幅Tcはためである．方形波は位相差検出回路へいく．

一31一

多雪地帯に拾ける交通路の雪害防止に関する研究

防災科学技術総合研究報告rmaX＜r、＜
30

rmi．

第21号

1969

（6・1）

4

となるように定めてある．

クロックパルスと位相パルスはゲート回路に導かれる．ここでは，位相差パルスと同時に入つて来たクロックパルスのみが次へ．導かれるようになっている．したがつて，位相差のパルス幅が，ク
ロックパルスのパルス数に拾き換えられることになる．こうして，次の分周回路には，1個の雪片の通過によって，その通過時間に比例する数の1団のクロックパルスが入ることになる．
分周回路でばクロックパルスの数を1／4に滅ら，
写真6・1

し，次の計数回路に送る．計数回路では6個の出力口から，パルス数を2進法で表わしたそれぞれの組み合わせの出力を生ずる．その6個の出力を雪片落下速度計の投光部・受光部
Emi

tter

and

snow

f

ng

a11i

receiver
ve

l

oc

i

of
t

the

y−meter．

マトリックス回路に導く．マトリックス回路では5個の出力口があり，計数回路からの入力の組み合わせに応じて，パルス数の各区分に対応した出
力口から一つのパルスを出すようになっている．
ノイズによる誤動作を防ぐために，ンユミット
回路のヒ1rを1安定マルチバイブレーターを通じて得らかるパルスとマトリックス回路の出力とが同時に入、、1来た時のみ一つの出力が得られるようなゲートを五つ設けてある．一方，分周回路拾よび計数回路をリセットして，次のクロックパル
ス群に備えるための信号には，ソユミット回路の出力を2個の1安定マルチバイブレーターを通して時間の遅れを持たせて利用している一
こうして，雪片が一つ落下する毎に マト ッ
クス回路の5個の出力口の中。その落下速度（すなわちパルス数）に対応する出力口から一つの信7号が出て来る．この信号はD−A変換回路で一定の電荷に変換され，2000μFのコソデソサー

7． 1 観測にあたつての注意
透過光を利用する観測で基本的問題は投光器とに蓄積される．コ／デソサーの出力ば直流増幅器て電流増幅され，それぞれのメーターに入る．言た，記録計にば電流量を電圧に変換し，リレーを受光器の間の距離である．距離が長いと，地形・通して導いている．

程度，長くても数10mの範囲で拾こなわねぱな

この機械の観測は，測定2分間，記録とリセッ

らない．しかし，降雪中での光の滅衰率についての明確な知識がなかったので，どの程度の距離でトを合わせて1分間，合計3分間で1巡する．その作動制御の信号は，別にタイマー回路で作られ，各回路に送られて自動的に作動するようになっている．記録計には，測定とリセットの時間には弱い負電圧を加え，O点と区別している．この機械

与真6・2

雪片落下速度計の制御部
Control box of the
Ve10City−n肥ter・

snow

fal1i

ng

降雪強度計1こよる観測の精度

地物や土地の使用権などの問題が生ずることもあり，一般的に使用が難かしくなる．できれぱ数m

拾こなうぺきかがわからず，最初の年は5mから始めた．実験をくり返している間に，滅衰率の点から，実用的な距離は30〜50mと求められた．
この実験では30mとして拾こなった．

ρ外観は写真6・1拾よぴ6・2のようである・

一32＿

重た，受光器Bの投光器に対する位置によって，

赤外像を利用した降雪強度計の研究一斎藤・福丼・木村・清水・五十嵐・監物

距離Bが等しくても18の値が幾分異なる．これは投光器からの光が投光範囲9の中で均等分布していないことによる．しかし，観測値を3・3式に従うとして，1后／1ムで処理するなら，1＝のこと

は特に問題にならない．

受光器の開口角が狭いので，受光器は投光器の方向に正確に向いていなけれぱならない．観測の途中で何かの故障などがあり，受光器に触れる場
合には特に注意する必要がある．実際に何回かにo＾沽・・い一・…予1がい経験を持った．

後方散乱光を利用する方では，受光器Dは投光器Aに固定してある（別々にする必要がなし（）ので・上のような心配は全く不要である．
次に機械の地上または雪面上の高さについては，取り扱い上はなるぺく低くすることが望ましいが，

毒

｝

，■・

，…1ザ．、、

雪面にあまり近くなると，発射光の雪面での散乱
光が受光器に入って誤差を生ずる拾それがある．
この点については，実験中常に注意して監視したが・雪面上70cm以上の高さを維持して拾こなった観測の間で，雪面の影響らしいものは一度も認められなかった葦

風雪の時には，受雪器の筒の中に雪が飛ぴ込んで溜るので，これを電熱で融かし流したが，この時・稀ではあるが，集光レンズに徴水滴が付着し，

写真

7・1

降雪強度計の記録，左：後方散乱光，

右：透過光

大き在誤差を生じた．この点については，改善の方法を講じなけれぱならない．

R炮cord

wr

i

t

ten

by

the

snowfal1intensity＿meter Left：back・・catt・redlight；・ight：tr…一

さて，透過光・後方散乱光の記録は写真7．1のようである． 透過光の記録は100％の値かmitted1ight．

ら降雪の強さと共に減少し，後方散乱光による記

2月16日の例である．1番上の曲線が透過光に録は0から降雪の強さと共に増加するので，強い降雪の場合は両曲線は交錯する．したがって，ペンを同時に記録紙の時刻目もりに一致させることよる記録，次が後方散乱光による記録のそれぞれ模写であり，1番下の柱状グラフ（柱と柱の境の線は消してある）は徴重量降雪計によって求めたができないので，透過率の方を2㎜だけ時刻の早間の間にもっと大きな幅でべ一スが変る例も多かった．透過光のべ一スが不安定であったのは器械

1分間降雪量で，それと重複している曲線は4．
4式によって，1分間降雪量を後方散乱光による記録に合わせるように計算して求めたものである．
比較するための正しい降雪強度を測る徴重量降
雪計は雪面の上に水平に置いて測定した．風速3
m／SeCを越える場合は，この測定値は標準にならないことは初めから考えていたが，風速にか重わず観測してみた．しかし，風速4m／sec以上の時が含まれる測定値は、降雪強度計の記録と比ぺて製作上の問題であったかも知れないが，終始悩ま

みると・非常にされたので記して拾く．

で・それらの測定値は全部捨てた．

い方にずらしてある．

写真 7・1でわかるように，透過光の方はべ7ス（降雪のない時の100％の値）が振動している．これで既に1％の誤差を含んでいることがわかる．この振動は除去できず，更に増加して2％に達している記録も多い．重た，この方に数時

次に，データの整理の説明を理解していただくために，図7・1を掲げる．これは・1967年
一33一

7

2

まちまちの点の分散が示されたの

透過光による記録値

第4節で調ぺたところによると，透過光の記録

多冒地帯に歩ける交通略の雪書防止に困する研究

防災科学技術総合研兜報告

第21号

1969

90

80
？0

2I

22

23

21

22

23

21

22

23

I00

50

mg■・m2・mi・

10

5

図7−1

時

降雪強度計の記録〔上：透過光，中：後方散乱光〕と微重量降雪計による測定値（下）Recordofsn㎝fa1l

intensity−meter（upper：transmit

ted，middle：backFscattered）

rel・t・dt・・o・r㏄t…wf州i・t…ity（1・w・・t〉

値は運れが少庄く，4・4式のαの値が大きいので，2分間くらいの平均の降雪の強さとかなり良わした方がよいので，それにな粒して関係を求めると，降雪の強さを∫mg／Cぜminとして，く対応ずる筈である．したがって，第5節で説明
した微重量降雪計の記録の1分毎に読み取り値の差をとって作った1分間降雪量のピークの値（図7・1の1番下の柱状グラフ参照）とその前1分間の値との平均値を求め，それと記録値のピークとを対応させて比蚊した．その関係は図7．2に示す．

図7・2では降雪の強さ∫はmg／cm2minを単位・一…（ト芸）と在る．これは図7・2に実直線で示す・
さて，∫と1ムの関係はどうして直線的になるのであろうか？ 第3節では，減衰係数ムが大体∫に比例するだろうことを考えていたが，7・1式と3・3式から，両者の関係を求めると，とし，透過光の記録値をそのまま縦軸に示してあ1一一高1・（・一÷）る．透過光の記像値は，この範囲では1ムの値と直線関係にあり，しかも比例している．第3節で
調ぺたところでは，降雪の強さは1n（1左／1ム）に比例する筈であった．しかし，この図を見ると，降雪の強さと∫ムが直線関係にあるとしか見えない．このことは，この機械を使．う場合に，甚だ実用的で便利である．

しかし，一般的関係としては，1〆3の値で表

（7・1）

（7・2）

となり，∫が大さく庄るにつれて，∫に伴って増加する后の増加率が大きくなる傾向があることを示している．∫が大きくなると，一般に雪片の数が多くなり，光の進路上に雪片が重なる確率が増加するので，κの増加率はむしろ減少すぺきである．したがって，7・2式の関係は論理的には是

一34一

赤外漂を利用し九降冒強度計の研究一一粛竈・椙井・木村・沿水・五十広・監物

80

◎

◎

○
恥・二蛸。。。Φ
O O
O

ト

ラ70

O O◎O
◎
o

o

◎ o

◎
②0

撞

0

幅60

0

O

◎

◎
◎

◎

o

o

◎

O

◎

5◎

2

3

4

降

5

6

雪

好

7

8

9

10

11

I2

心㎡凧i．

図7・2透過光の記録値と2分間平均降雪量との関係
Rだco

l
i

認し難い．

rded

ight
n

va

l

ue

f

o

r

vs・snowfa11tWO−mi

nl』t

e

me

t

i

r

ansmi

t

ntensi

ty

ted

an．

・（青一・卜・…・1一・）川（云一・）㌧…

ところで，図7．2では点の分散はかなり大きいのである・から，（7・1）式の直練だけが妥当な関係であると断言することも危険性はある．試みにムが∫に比例する場合を考えてみよう．すると，であるから，㎞（音）一（・一会）一去（午・）2

仮定により，

ム＝β∫

（7・3）

一言（去一・）8・（一1）壬ω一1）（考一・ジと記せるので，これを（3・3）式に代入して，

8＝

ln1B−ln1ム

β（汽）

十………
（7・4）

（7・5）

となり，右辺の値は最大でO．05である．したがって，βの値を適当に選ぶと，（7・1）式ととなる．そこで，（7・1）式と（7・4）式の（7・4）式の値の比は0．94と1．06の間に拾違いについて考えると，今の場合，さまってしまうことになる．そのβの値は約O．9×10−5cm min㎎一1となる．

巧≧■ム≧0．7ムであるので，（7・4）式と（7・1）式の違い
は偶然誤差の範囲を越えない程度であることがわ
かる．すなわち，

7・5 螢方軸乱光による記録値
降電強度計の後方散乱光与を受けたときの記
録値を〜とすると，両者の関係は大体
乃＝γ・・p（2，09δη・10−2）㎞（芸）一（考一・）一芸（考一・）2と表わされる．

上式のγ拾よぴδの値は途中の増幅率．・感度調・去（岩一・）一・（三ゾー1（亨一・ジ・（・一若）一（考十（音一）2（7・6）

整のやり方によって変る定数であり，この降雪強度計を作った時の標準の観測状態では，γ＝310，
δ＝1．0

一35一

であったが，実験の途中でいろいろの故多雪地帯に拾ける交通路の雪害防止に関する研究

防災科学技術総合研允報告

障を修理し調整し直している間に，その値はかな

り変ってしまった．

1968年の実験では，と似た値となる．それで，以下の所論には，この値も使つてある．
後方散乱光の記録値では，（4・4）式のαの値が小さいので，遅れが大きい・それで・微重量
降雪計によづて観測した
1分間降雪量∫のピーク

X

x
X

X

10

11

12

XX

80
1d：1．2（S＋2）

X ㌻ x x

x

70

x

x

x
X

60

50

x

40

・・X
X ・XX

20

方散乱光の記録値均の

X
・X ㌦
x凧
・
・x

10

O0

2

3

クの値とを対応させ

図7．3のK4を，』＝08（S＋2）

x

図7・3

4

5

6

7

8

9

mg／・㎡mi・て，その関係を求めると，

図7．3のようになる．

。

x

X蔓X
み

30

時とその前5分間の合計
6分間の∫の平均値と後

ピ

1969

90

γ＝2．o，δ＝1．oと拾くと，大体，前年の結果

第21号

後方散乱光の記録値と6分間平均降雪強度

R㏄ordedvalueforback−scatteredlightvs．soowa11（7・6）式にγ＝2，intensity in6・minute mean・δ＝1と括いた式によって，1dに変え，1dはる．これと同図中央の曲線の値馬とを対応させ
1X，∫はmg／C㎡mi皿を単位として，点の分散するる．その際・変化の急な部分は誤差が大きくなる
範囲の上・下の限界線を求めると，ので，両曲線のピーク重たは平らになっている部
分について対応点を求める．このようにして，∫d＝1．2（∫十2），（7・7）

4＝O．8（∫十2）（7・8）

1967年2月1目と同2月16日の観測について比較したのが図7・4である．

となり，図7・3に二つの曲線で示してあるよ

図7・4では・〃と幻の関係がまだ正しく，うに，ちようど良く適合している．
この程度に明瞭な関係にあるなら，実用的には（6・6）式のγ＝3．0，δ＝1．Oであったときの観測値であるから，立6と∫1とを直接対比さ一応合格とみてよいであろう．しかし，誤差の範せている．単位はlXとmg／Cm2minである．

囲が±20％に達するのでは，科学的な資料とし

図7．4について，点の散布している領域のては甚だ不充分である．これにはいろいろの理由

上限と下限は同図に示した直線をとると，それらがあり得るので，他の観点からも解析してみる必

は

要がある．

∫d＝1．5（∫1＋2），∫d＝1．O（∫1＋2）

上述の例では，記録値のピークの値と前6分問（7・9）（7・10）の平均降雪強度との比較であるから，正確な意味
での対応にはなつていない．そこで，降雪の強さと表わされる．
の観測値を（4・4）式によづて計算し，降雪強度計
次に，最も実用的とも思われる比較の仕方をしの記録と同じ性質の曲線に変える．このようにしよう．写真7・1および図7・1によつて1て作つた曲線の1例は図7．1の1番下の段に雪の降り方の強弱の変化は如何にも明瞭であるの示してある．

図7，1の1番下の曲線が示す値を∫1とすで，前後に比ぺ相対的に強く降っている降雪期間をとり出して，それを「ひと降り」と口乎ぷ・この一36一

赤外蘭を利用した降雪強度計の研究一斎竈・福井・末村・泊水・五十嵐・監物

ひと降りの降雪毎に，平均の強さを，後方散乱光の記録から均，徴重量降雪計の観測値から∫として求め，両者の関係を示すと・図7・5のよ

lux

X

16

うになる．この場合，均に1967・2・16

O

1967・2・1

後
わ
骸

14

り止んでからの補正値を加え

た

てある．

12

陸

L＝1．lS÷4

lO

◎

8

・／◎ 。

は（4・6）式によって，雪が降図7．5の点の散布領域c◎

1・2月の測定であるからX（7・6）式：で7＝2，δ＝1と6

して，Kdから〃に変換し

4て，1dと∫の関係で表わすと，上限・下限はそれぞれ∫δ＝1．4（∫十1）（7・11）・。。叩・・

、。蹄・・

X・・9

L・1．1S

x

◎

1

2

3

4

5

6

降蟹の強さ

∫グ1．0（否十1）
となる．

X

X

、

婁◎

2

O

×

X

8
o．
×
x
0。・ X・。

0◎

Xの上限と下限は曲線になっている．これは1968年の

X

o

7

8

9

10

㎎／㎝2mi・（7・12）

以上3通りの比較によって，

図7・4

後方散乱光の強さと降雪の強さ

幾分の相異があるが，これにI・t…ity・fb・・k一…tt…d1ight…i・t…ity・f

は，それぞれの理由がある．
この三つの比較の中，最も誤

snowfa差を小さくして対応させようとした第2の方法（図7・4，式（7・9），（7・10）で，点の分散が最も大きくなり，第3のひと降りの平均値で大雑把にみえる比蚊をした場合に，点の分散が最も小さくなっていることは，注目に値する．

1二の比較観測では，降雪強度の標準値を求める
ために，微重量降雪計を使用した．この測器には種々の欠点があるが，最も明確なことは，狭い面
税の受雪口から入る雪の量を相手にしていることである．1分間降雪量のようを場合，降雪の強さ

は時間的，空間的分散性がかなり大きいため，数mの距離での同時観測を拾こなっても，その対応はあまりよくない（相関係数でO．8くらい）ことと，その時間を数分程度に延ばすと，対応がよく（相関係数で0．9以上）なることが、最近わかった．

一方，降雪強度計では，透過光では30mの距l1．

とになる．しかし，この方は時間については1瞬間の偶然状態を1分間に四つしかとっていない．
このための偶然誤差は；やはり相当に大きいかも知れない．

こういう点からみると，上の三つの方法の比較
で，正確に近いと考えた対応よりも，平均する時間を長くする方が両者の関係が濃くなる事実は，上に示した各比較図での点の分散の何割かは降雪現象そのものの不規則性によるものであることを示している．

これらのことを考慮して本節の各図を見直すと，むしろ相関関係が良過ぎ・るように思われる．これは，標準値を求めるための測器が，風の弱いときでなければ使えないため，資料を得たときの降雪状態（雪片の形，繕晶の形，落下速度など）が比較的変化に乏しかったことによるかも知れない．

雌の間の平均的な降雪の強さに近く，後方散乱光

しかし，雪片の大きさについては，直径1㎜以下の微細なものばかりの降雪から，直径数Cmの大雪でも10m程度の長さの間の平均的在値を示すこ片を主体とする降雪まで，いろいろ含Iまれている．

一37一

多8地帯に沙ける交迦εの冒害防止に関する研究

防災科学技術膿合研究報告第21号

1969

8．蟹片の大小と光の散乱
降雪片の大小の構成の時聞変化を追跡するためには，名古屋大学の高橋勘氏から雪ゾソデを借用した．この機械の構造や機能については，高橋・熊沢

90

。更穴・
8

80

の論文（2）を参照されたい．これにょっ。咲70て，降雪片の影写真を細大もらさずω
分間連続撮影されるので，雪片の大小の分布状態は連続的に求められ；その60

時間を追っての変化がはっきり知られ

艮

◎

◎
大

◎
◎

50

o

O

○

る．

◎◎

艮

40

一方，黒い布に降雪を数秒間受けて，それを現寸大に接写する方法も括こな

（1ム

30

った．これは5分〜10分おきの観測になるが，結晶の形がはっきり見える

O

臭
oo

5）
0⑫）

。切

＝■
。3Φ

20

ので，上の影写真と平行して拾こなっ

（3）OO

O（3）

た．写真8・1ないし8・6に，典

10

oω

o8

00

型的な降雪の場合を選んで示した．それらの属する降雪は次のようである．

0

写真8・1：徴細雪片拾よぴ小雪
片の例（1）・2月2日（1968）17時

01分〜同31分の30分間に降ったもので，aは17時20分，bは同25

図7・5

ひと降りの雪についての均分の状態である．

Kd∀s．S

写真一8・2：徴細雪片および小雪片の例（2）・1月31日（1968）10時O分から
同24分までに降った降雪で，aは10時O分，
bは同20分の状態である．

for

each

showeryと∫との関係

sn㎝、・fa11．

強さと降雪強度計の記録値との関係は，図7・5の中で（2）などの数字で示した点によって示される．この（）内の数字が写真8・1〜8．

写真8・3；中・小雪片混合の例・1月28日（1968）10時0分から同40分重で降った降雪で，aは10時15分，bは同25分の状

の横に，

態である．

合は，この降雪強度計の記録ば降雪の弱い方（図6の右側の数字に対応している．

図7・5では，大雪片が多く混じっている点
大と印してある．一般に大雪片の場

写真8・4：大・中・小雪片混合の例：1月の下限に近い）に偏している．すなわち，降雪の28日（1968）10時56分から11時20
写真8・5：大雪片主体の例・2月5日

同じ強さに対して，大雪片では，後方散乱光の強さは他の雪片の場合に比べて少ない方にある．重た，極く微小な雪片であった（1）の例では，降雪の強さの同じである他の場合に比ぺ，散乱光が（1968）10時22分から同52分まで降った降雪．aは10時26分，bは同31分の状態

雪片であるに係らず逆に該乱光が弱いのは，写真である．

をよく見ると小さなあられが含言れているためで分までに降った降雪で，aは11時15分，bは同25分の状態である．

写真8・6：あられが多く混った例・2月3

2〜3割強いことを示している．（2）の例が小あるらしい．

目（1968）11時43分から12時43分まあられの1例として，図7．5に（6）の点での降雪で，aは11時55分，bは12時03を記してある．この場合は，とんでもない所に点が分の状態である．

ある・あられの場合は落下速度が大きいため，空間以上の各写真に対応する降雪について，降雪のにある雪片の分布密度が同じでも，降雪の強さは＿38一

赤外線を利用した降雪強度計の研究一一斎藤・福井・木村・清水・五十嵐・監物

わ

■■
一
」
一

写真8・1

（上の2枚）微細雪片と小雪片（1）Upper一：fine

andsma11flakes（1〕・（3）7式の通りで強くなる．また，雪片と同じ質量のあられの玉が，．その雪片と同じくらい光を乱

一39一

写真8・2

（下の2枚）微細雪片と小雪片（2）Lower：fine

andsma11flakes（2）．

反射する筈がないことも明らかである．この二つの効果があられを全く異なった存在にしている．

多雪地帯に拾ける交通路の雪害防止に関する研究

防災科学技術総合研究報告第21号1969

ユ

レ

虞
写真8・

3

写真8・4

（上）中・小雪片

Upper：sma11and
f

l

akes．

medium（下）大中小雪片混合
L㎝er：mixing
med

ium

with

and1argef

sma11，
lakes．

ポ．

・一干1」用した降雪強度計の研究巾斎藤・福井・木村・清水・π十嵐・監物

み

、乱三

写真8・5

（上）大雪片Up爬r：1arge

f

写真8・6
lakes．

（下）あられまじり
Lower：mixing

wi

th

soft

ha

i

l．

また，あられは地物に衝突するとはねかえるのでの場合風速が1時的にではあるが・8m／sec

この徴重量降雪計の値も信用を拾けないに達しているので，検定資料からは除外してある．

更に，こ

一41一

多雪地帯に珍ける交通路の雪害防止に困する研究

防災科学技術総合研究報告

あられについて充分検討する資料はないが，雨量計型降雪強度計との比較（3）によって調ぺたとこ

ろではこの降雪強度計から求められる降雪の強さの3倍くらいであ9，大粒のあられでは更に強く6倍くらいになることもあるらしい．
また・大雪片の場合には，大ていは中小雪片が重じっているので，その値があ言り目立たないが，

第2i号

1969

表わされる．しかし．除雪が完全に行われるようになると，雪の交通障害は降雪片の視程障害の方が大きくなるかも知れない．また，道路に積もる
雪は降雪ばかりでなく，飛雪がひどい場合もある．
そういう現象の観測には，ここで取り扱つたような機械が一つの有力な武器となることが考えられる．

もし大雪片のみの雪が降ると，そのときは前節のまた，現在は風の強い時の降雪量を正しく観測

各図の下限の線から飛び出すであろうことは想像にできる機械がない・この鰍ぽ風昨ψ閥を難くない．

受けないことが長所である．この点で他の器械，
たとえば雨量計型降雪強度計と併用すると，両者は互いにその欠点を檎うことができる．

幸いに，大雪片ばかりの降雪は珍しく，また純粋のあられで大量に積もることもないので，この降雪強度計がでたらめの値を示す機会が少ないこ

この研究は故福井篤氏が計画し，木村氏ほか3名と共に昭和41年から実施したのであるが，昭とにな・る．

9 ま と め
雪片の光を散乱する性質を利用して，空間に歩

和42年5月，福井氏は涛のため逝去され，木村

ける雪片の分布密度から降雪強度を捉えようとして，新しい型の降雪強度計を試作し，種々の場合のあとを斎薦が受けつぎ，観測拾よぴデータのまについて性能を調ぺた．

雪片が光を散乱する割り合いは，結晶の形や雪片の大きさの違いによって異なるが，その埠いは
比較的少ないので，この種の降雪強度計の実用の可能性はある．

しかし，あられについては光の散乱率の減少と落下速度の増加のため，この機械の記録値は実際の降雪量の1／3，稀には1■5の値しか示さなかった．しかも，この比率はあられと雪片の混合比率
拾よぴあられの粒の大小によって大きく異なる．
このため，この機械による測定値を適正なものにする補正の方法は得られなかった．
重た，この機械は雨には殆んど感じないので，

みぞれについても当然過小の値を示す．みぞれについては，税雪が生ずるときも生じないとさもあり，降雨として扱うべきか降雪として扱うべきかについても問題がある．そういうことで，当初かち問題にしていないので，検討はしなかった．

氏は病のため東京へ転勤された．このたあ，両氏とめは斎蔭ほか3名が行なった．
測定器械の設計・調整については早川電機工業
中央研究所・馬場幸三郎・堀込紘一両氏の熱心なご協力を得，名古屋大学の高橋召カ氏からは雪ゾン
デを借用し，野外観測に当っては国鉄新潟支社・

丸山久一氏拾よぴ村上保線区拾よぴ小国保練区沼沢線路分区の方々のご協力を得た．これらの方々に心から感謝め意を表する．

参

考

文

献

（1）丸山・北川・草野・横田（1969）：降水量測定方式による降雪強度測定法の研究・防災

科学技術総合研究報告，第21号，43−50・（2）高橋酌・熊沢義郎（1966）：影写真を用いた雪ゾンデの試作．雪氷，25，28，一22．
（3）斎藤・清水・五十嵐・監物・丸山・北川

あられが降る時間は短かいので，降雪の強さとしては夫きいが，降る量は少ない．したがって，あられによる誤差は省略して，この種の器械を使い得るとも考えられる．しかし，注意して観測す
ると，あられまじりの雪はかなり多く，特にしゅう

雨性の季節風の雪ではその機会が多いので，この種の降雪強度計の大さな欠陥となることがわかった．

降雪の強さは一定時間に地上に積もる雪の量で

一42一（1969）：二つの新型降雪強度計の比較観測．防災科学技術総合研究報告，第21号・

51F54．