地球環境研究,Vol.10(2008)

筑波山における斜面温暖帯観測
渡来靖＊

キーワード：筑波山､ 斜面温暖帯､ 地上気温､ 接地逆転層､ サーモグラフィー

１. はじめに行い､ 南〜西〜北西斜面に､ 標高250m 付近を中心とした温暖帯を観測した｡ 近年では､ Ueda et al. (2003)

斜面上で同一時刻の気温分布を観測した際､ 斜面の中は筑波山西側斜面において気温の鉛直観測や熱画像観測

腹に気温の極大域が現れることがしばしばある｡ この際､を行い､ 標高200−350m 付近に斜面温暖帯が存在する

等高線に沿うように帯状に極大域が分布することから､ことや､ 斜面温暖帯の上空はほぼ等温な層となっている

この現象は ｢斜面温暖帯｣ と呼ばれている｡ 斜面温暖帯ことを示した｡ 堀ほか (2006) は､ 筑波山西側斜面におは特定の斜面に限る現象というよりはむしろ､ 世界中のける斜面温暖帯の発生頻度を調査し､ 冬季夜間にはおよ多くの山岳斜面で見られる現象であり､ さまざまな地域

そ50％の割合で出現し､ そのほとんどは雲のほとんどなを対象にこれまでに多くの研究がなされてきた｡

い晴天時であったことを示した｡

斜面温暖帯は静穏な晴天夜間によく出現する｡ この様

筑波山の斜面温暖帯観測は､ Ueda et al. (2003) 以

な時には､ 地表付近は放射冷却によって熱を奪われ､ 高降､ 再び精力的に行われるようになった｡ その主な目的

くなるほど気温が上昇する接地逆転層が形成される｡ 斜は､ 斜面温暖帯の空間構造､ 特に斜面における気温や風面上では､ 放射冷却によって冷やされた空気は重くなるの鉛直構造や温暖帯の水平的な広がりの把握､ 斜面温暖ため､ 重力流として斜面に沿って下へ流れ出す｡ 逆転層帯の季節変化・季節別発生頻度の把握といったことが挙の上面にあたる高度の斜面は､ この冷気下降流の吹き出げられる｡ 特に､ 斜面上の鉛直構造の調査は､ 斜面温暖し口にあたり､ そこでは補償流として上空から高温位の帯形成の理論的骨組を成す斜面下降流や断熱昇温の存在空気が下降することで昇温し､ 斜面温暖帯が形成されるを観測的に明らかにするためにも重要であり､ さらなると考えられている｡

データの蓄積が望まれる｡ さらには､ 筑波山は地域住民

関東平野北東部に位置する筑波山 (標高877m) は､にとってシンボル的な存在でありその気候学的特徴に関顕著な斜面温暖帯が出現する地域である｡ 筑波山周辺にして強い関心が持たれている｡ 筑波山周辺気象の実態解生活する住民にはその存在が古くから認識されており､明・モニタリングとその研究成果の情報発信は､ 地域貢その気候特性が利用されてきた｡ 中腹は斜面温暖帯の出献の意味でも重要であると言えよう｡

現により霜が降りにくいため､ 古くから霜に弱いみかん

本稿では､ 筑波山斜面温暖帯をターゲットにした２回の栽培が行われてきた｡ 現在でも､ 西側中腹を中心に観の集中観測について､ その成果を紹介する｡ ひとつは､

光みかん園が広がり､ 特産品である福来 (ふくれ) みか

2004年12月10日夕刻から11日早朝にかけて行われた観測

んや温州みかんが栽培されている｡ 筑波山の斜面温暖帯

で､ 筑波山西側斜面を対象として気温の鉛直分布観測とに関する研究はこれまでにも数多く行われてきた｡ 古くサーモグラフィーによる熱画像観測の同時観測を行った｡

は茨城県・水戸測候所 (1957) や郡司 (1958) が気温分

もうひとつは､ 2007年２月21日夕刻から22日朝にかけて

布調査を行い､ 中腹230〜240m 付近を中心に斜面温暖実施され､ 西側斜面と東側斜面における地上気温・熱画帯の存在を明らかにしている｡ 吉野 (1982) は夜間の移像の同時観測や西側温暖帯域での気温・風の鉛直分布観動観測から､ 標高200〜400m に温暖帯が存在すること測などが行われた｡

を示した｡ 小林 (1979) は航空機を使った熱画像観測を＊

立正大学地球環境科学部

79筑波山における斜面温暖帯観測 (渡来)２. 2004年の集中観測
筑波山西側斜面の斜面温暖帯観測に関しては､ Ueda
et al. (2003) の集中観測において斜面上の気温の鉛直測項目は１時間間隔で測定した｡ さらに､ 図１の地点Ｔにサーモグラフィー (NEC 三栄社製 TH3102MR) を設置し､ 筑波山西側斜面の熱画像連続観測を行った｡ 撮影
方向は､ Ｃ､ Ｄ地点の写る範囲に固定した｡

分布観測が行われ､ 温暖帯域上空における等温層の存在

図２は､ Ａ−Ｄ地点における地上気温の時系列を示す｡

等が示された｡ しかし､ Ueda et al. (2003) では､ 気

日没後､ 各地点の気温は低下するが､ 最も標高が低いＡ

温の鉛直観測は最大で地上40m 程度までに限られてい地点 (桜川) が最も低下率が大きいことがわかる｡ 一方､た｡ そこで､ 2004年12月10日−11日に実施された集中観中腹にあるＣ地点 (光農園) は最も低下率が小さく､ 観測では､ 斜面上の鉛直構造の更なる把握のため､ 繋留気測日の夜間を通して最も気温が高かった｡ その結果､ 低球による鉛直観測を最大で地上100m までに拡張した｡

地と中腹の地上気温差は時間とともに増加し､ 11日２時

さらに､ サーモグラフィーによる連続観測を行うことで､には3.6℃の気温差となった｡ 中間にあるＢ地点 (つくリモートセンシングから斜面温暖帯の時間変化や空間分し湖) では､ 日没後はじめはＡ地点のように急激に気温布を調べることを目的とした｡ なお､ 2004年観測に関し低下していたのだが､ 夜半過ぎに一旦気温が上昇し､ Ｃての詳細は､ Watarai et al. (2005) にまとめられてい地点の気温に近づいているのは興味深い｡ Ｂ地点はそのる｡

後､ 11日４時前後に急激に気温が低下し､ 早朝にはＡ地

2004年観測における観測地点を図１に示す｡ 図中Ａ−点よりも気温が下がっている｡

Ｄの４地点では､ 繋留気球による気温の鉛直分布観測を図２の地上気温分布から､ 観測日の斜面温暖帯の中心行った｡ 用いた繋留気球は､ ヘリウムガスを詰めた風船が､ Ｃ地点のある標高145m 付近を中心に存在することに釣り糸を結び､ 釣り竿とつなげた簡易的なものである｡

がわかる｡ しかし､ 標高410m のＤ地点でも低地のＡ地

風船には T and D 社製温度ロガー ｢おんどとり Jr.｣

点と比べて夜間気温が高いことから､ 斜面温暖帯はかな

RTR−52を結びつけ､ リールで釣り糸の長さを調節しり高標高まで広がっていることが示唆される｡ Ｂ地点はて10m 毎に気球を上下させて気温を測定した｡ 測定高斜面温暖帯の下部境界付近にあたるため､ 複雑な気温変度は釣り糸の長さと係留中の糸と地表面との平均角度か化を示していると考えられる｡ なお､ 11日３時を過ぎたら求めた｡ 同時に､ Ａ−Ｄ地点では地上1.5m 高度にて頃から､ 低地のＡ地点やＴ地点では濃霧が立ちこめ､ Ｂ

アスマン通風乾湿計による気温・湿度の観測と､ 放射温地点はほぼ霧の頂部に当たっていた｡ この事実とＢ地点度計による地表面温度の観測をおこなった｡ すべての観における急激な気温低下が一致することから､ この気温

図１：2004年12月10−11日観測における観測地点 (Watarai et al. 2005より)｡ Ａ−Ｄの４地点が鉛直分布観測地点
で､ それぞれＡ：桜川 (標高24m)､ Ｂ：つくし湖 (50m)､ Ｃ：光農園 (145m)､ Ｄ：砂防ダム (410m) である｡ Ｔ地点はサーモグラフィー設置場所であり､ 破線はサーモグラフィーの視野角を表す｡

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低下はＢ地点の高度付近に移流した寒気の影響と思われは､ 筑波山に近い館野のゾンデデータを重ねてあるが､る｡

低地のＡ地点の気温プロファイルが館野のプロファイル

Ａ−Ｄ地点における10日21時の気温の鉛直分布を図３にほぼ一致していることがわかる｡ 一方､ Ｃ地点のプロに示す｡ どの地点も地上付近の気温が最も低く､ 上空ほファイルは､ 下層の分布は館野の分布から大きく外れてど気温が高くなっていて､ 下層に冷気層が存在することいるが､ その上の等温層は館野のプロファイルとほぼ一がわかる｡ Ａ地点やＢ地点では測定できた上空80m 付致しているか､ やや高温となっている｡ また､ Ｃ地点の近まで上空ほど気温の上昇を示したが､ Ｃ地点では地上高度がほぼ､ 館野における接地逆転層の上部にあたるこから約15m までは上空ほど急激な気温上昇を示すものとは興味深い｡の､ 15m より上空ではほとんど等温となっており､Ａ地点の気温プロファイルと館野のプロファイルが一Ueda et al. (2003) と同様の結果が得られた｡ 図３に致することや､ 斜面温暖帯の極大域付近と考えられるＣ地点が接地逆転層の最上部に当たるといった事実は､ 斜面温暖帯の形成には筑波山より大きなスケール､ 恐らく関東平野スケールの逆転層形成にかなり影響されていることを示唆している｡ すなわち､ 斜面温暖帯の形成高度は､ 関東平野における接地逆転層の厚さによってほぼ決まっていると思われる｡ 図３によれば､ １日９時には接地逆転層は標高350m まで成長しており､ このことから､斜面温暖帯の極大高度は10日21時以降さらに高高度へと移動したことが推測される｡ また､ Ｃ地点やＤ地点で下層の気温が館野のプロファイルから大きく外れている点図２：2004年12月10−11日観測における､ Ａ−Ｄ地点での地上1.5m 気温の時系列 (Watarai et al. 2005より)｡は､ これらの高度における下層に斜面下降流が存在することを示している｡ このことは､ 温位のプロファイル

図３：2004年12月10日21時の気温､ 温位の鉛直プロファイル (Watarai et al. 2005より)｡ 実線は同時刻の館野(筑波山より南へおよそ20km) におけるゾンデの気温プロファイル､ 一点鎖線は11日９時における館野の気温プロファイルを示す｡ 記号と破線はＡ−Ｄ地点における気温プロファイルを示し (凡例は図左上)､ 黒塗りの記号はアスマン通風乾湿計で測定された地上1.5m の値を示す｡

81

筑波山における斜面温暖帯観測 (渡来)図４：2004年観測で測定された､ 筑波山西側斜面の熱画像 (Watarai et al. 2005より)｡ は2004年12月10日18時から11日３時までの平均表面温度 (単位：℃) であり､ は同期間の平均温度低下率 (単位：℃／時) を示している｡(図３ｂ) を見るとさらにはっきりする｡ 温位は安定度の指標であり､ 空気は断熱変化する限り等温位面上を移

３. 2007年の集中観測動する｡ 例えば､ Ｃ地点の地上温位は約282K であり､2004年の集中観測によって､ 筑波山西側斜面における同じ高度の館野プロファイルの温位より約2.5K 低い｡

鉛直気温観測などを通して､ 斜面温暖帯の二次元的な構そのため､ Ｃ地点における地上付近の空気は斜面に沿っ造がおおよそ明らかになった｡ 斜面温暖帯の形成は低地て下降し､ 標高およそ60m 付近まで達することが予想における接地逆転層の形成に伴っており､ その高度は逆される｡ Ｄ地点の地上温位は約284K であり､ 標高約150転層の上部高度で決められるといった描像が見えてくる｡

m まで下降するであろう｡ Ｃ地点の地上約15m 以上にところで､ 斜面温暖帯の形成が関東平野スケールの接地おける等温層は､ 館野のプロファイルよりもやや高温位逆転層に支配されていると仮定すると､ 斜面温暖帯はどとなっているように見えるが､ これは下降補償流によるの方角の斜面でもほとんど同じような特徴を持って観測

断熱昇温の存在を示しているかもしれない｡

されると想像されるが､ 果たしてそうであろうか｡ その

図４は､ サーモグラフィーによる筑波山西側斜面の熱疑問に答えるべく､ 2007年の集中観測では､ 西側斜面以画像観測結果を示す｡ 夜間の平均表面温度分布 (図４ａ)外にもう一つ､ 東側斜面にも測線を設けて観測をおこなっを見ると､ 低地の表面温度が約４℃であるのに対し､ 斜た｡ さらに南側・北側斜面にも温度ロガーを設置して､面中腹の標高300m 付近を中心に約10℃の領域が見られ､筑波山周辺の水平分布の把握を大きな目的の一つに掲げ低地に比べて約６℃も高い｡ また､ 中腹の高温域は帯状た｡に広がっているが､ 同高度でも場所によって１〜２℃程

図５に､ 2007年集中観測の観測地点がまとめられてい度のむらが見られる｡ 夜間の気温低下率で見ると､ 標高る｡ 集中観測は2007年２月21日夕刻から22日朝にかけて

50m 以下の領域では−0.6〜−0.8℃／時であるのに対し､実施された｡ 2007年観測では､ これまで数多く観測がな中腹では−0.2〜−0.4℃／時と､ 低地のおよそ半分であされてきた西側斜面に加えて､ 東側斜面にももう一つのる｡

測線を設け､ 測線上のそれぞれ５地点 (Ａ−Ｅ) を設定

サーモグラフィーの観測から､ 斜面温暖帯は標高してアスマン通風乾湿計による地上気温・湿度の観測と300m 付近を中心に100〜450m 付近に広がっていること放射温度計による地表面温度の観測を３時間毎に行った｡

が確認された｡ 温暖帯がかなりの広範囲に及んでいるこ

さらに､ 東西南北４斜面の斜面温暖帯分布を把握するたとは､ 図３で見られた接地逆転層の成長にも関係するとめに､ ４斜面それぞれの標高約50m､ 100m､ 200m 地点思われる｡ 斜面中腹の温度分布で見られるむらは地形とに ｢おんどとり Jr.｣ を設置し､ 気温の連続観測をおこ対応しており､ 同標高でも谷筋では低めとなる傾向があなった｡ この４斜面気温観測は､ ２月７日午後から集中る｡ このことは､ 斜面下降流は重力流であり､ 周囲より観測日をまたぎ､ ２月28日午前までの21日間継続した｡

低い谷筋に沿って流下するためと思われる｡

集中観測日にはそのほか､ 西・東側斜面におけるサーモグラフィー同時観測や､ 西側斜面の斜面温暖帯形成域にあたる光農園においては､ 繋留気球による気温・風の82地球環境研究,Vol.10(2008)

図５：2007年２月21−22日の集中観測地点図｡ アスマン通風乾湿計による地上気温観測は､ 西側斜面と東側斜面のＡ−Ｅ地点で観測された｡ 地点間を結ぶ実線は移動経路｡ 東西南北斜面の各３地点に温度ロガーを設置し､ 観測をおこなった (標高約50､ 100､ 200m 地点；図中に１〜12の番号で示された地点)｡ ｢Th 西｣ ｢Th 東｣ にはサーモグラフィーが置かれた｡ 光農園では､ 繋留気球による気温・風の鉛直分布観測等も行われた｡
鉛直分布観測や自動気象観測装置による気温・風・放射等の連続観測が行われたが､ 本稿では地上気温観測に関してのみ報告する｡
西側斜面・東側斜面における地上気温観測結果を図６に示す｡ 東側斜面の結果 (図６ｂ) を見ると､ 2004年に西側斜面で観測されたような気温の逆転の様子や､ 夜間の気温逆転の強さが時間とともに強まる様子が見られる｡
22日午前５時半頃には､ 低地の標高25m 地点と中腹の標高200m 地点でおよそ4.2℃の気温差があった｡ 日の出直後の22日８時半頃になると､ 各地点とも急激に気温が上昇するが､ ５時半から８時半の上昇率は低地よりむしろ斜面で大きく､ その結果８時半頃の25m 地点と200m地点の温度差はさらに広がり約６℃となっている｡ 西側斜面の結果 (図６ａ) を見ても気温の逆転の様子は読み取れるが､ 東側斜面と比べると時間経過に伴う逆転の強まりは鈍く､ 22日５時頃における標高50m 地点と標高390m 地点の気温差は1.5℃ほどしかない｡ しかし､ 今回の地上気温移動観測では､ 西側斜面の低地におけるデー

図６：西側斜面､ 東側斜面における､ 地上気温観測結果｡

タが取得できておらず､ この結果から西側斜面の逆転が弱いとするのは早計であろう｡ また､ 西側斜面では50m象要素が観測されているので､ これらのデータもあわせ地点より140m 地点のほうの気温が低い傾向が夜間中続て解析し､ この気温極小現象が意味のあるものかどうかいており､ この結果は2004年観測の時とは異なっている｡

を慎重に調べる必要がある｡

140m 地点に近い光農園では､ 地上気温を含む様々な気先に記したように､ 2007年の集中期間をまたぐ2007年

83筑波山における斜面温暖帯観測 (渡来)２月７日午後から２月28日午前にかけての21日間､ 筑波で584であり､ 最も小さいのが北側斜面で164となってい山の東西南北４斜面の標高約50､ 100､ 200m 地点に温る｡ この結果から東・西・南側斜面での斜面温暖帯の強度ロガーを設置し､ 計12地点での連続地上気温観測を行っさを比較するのは難しいと思われるが､ 東・西・南側斜た｡ このうち､ 各斜面の50m 高度と200m 高度の気温デー面に比べて北側斜面では斜面温暖帯が滅多に形成されず､タを使って､ 以下のような斜面温暖帯指数 を定義形成されても非常に弱いということは明白であろう｡

した｡

図６や図７から､ 筑波山の東側斜面や南側斜面では､ 



西側斜面とほぼ同等な強さの斜面温暖帯が形成されていること､ それぞれの斜面での温暖帯はほぼ同時に形成さここで､ ､ はそれぞれ50m 高度､ 200m 高度のれていることがわかった｡ 一方､ 北側斜面においては斜気温である｡  のとき､ 低地より中腹の気温が面温暖帯が形成されても､ その強さは他の斜面に比べて高いことになり､ 斜面温暖帯が形成されていると定義し相当弱いということも明らかになった｡ このことは､ 斜た｡ 図７は､ 各斜面における の時系列を示したも面の特性に応じた局所的なプロセスが､ 斜面温暖帯形成のである｡ 図７を見ると､ 明瞭な斜面温暖帯が出現したに寄与していることを示唆している｡

回数は観測期間中９回見られ､ 出現頻度は33％である｡
ほとんどの斜面温暖帯イベントは日没後に形成されて時間とともに強まり､ 日の出後に急速に崩壊する様子が読４. まとめみ取れる｡ 斜面間を比較すると､ 北側斜面の 時系

本稿では､ 筑波山の斜面温暖帯をターゲットとした列が他の斜面に比べて日変化が小さく､ 特に負値となる2004年12月と2007年２月の２回の集中観測結果についてことが少ないように見える｡ 図左上に書かれたカッコ内紹介した｡ 2004年の観測では､ 筑波山西側斜面におけるの数値は､ 観測期間内の  の積算値 (図中陰影気温の鉛直分布観測によって､ 斜面温暖帯の二次元的な部の面積に相当) であり､ 期間内の斜面温暖帯の積算強構造が調べられた｡ 斜面温暖帯の形成は接地逆転層の形度に相当する値である｡ この値を比較すると､ 最も大き成に大きく影響されていることが示唆された｡ しかし､いのが東側斜面で800､ 次いで西側斜面で706､ 南側斜面

サーモグラフィーの結果で同標高でも温暖帯の強度にむ

図７：筑波山の北､ 東､ 西､ 南側斜面における､ 斜面温暖帯指数 の時系列｡ 2007年２月｡ 図左上のカッコ内の数値は､ 観測期間内に発生した斜面温暖帯の積算強度を指数化したもの｡ 指数算出の元になった気温の観測点は､ 図５を参照｡

84

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図８：サーモグラフィーによる､ 2005年１月９日夜間の地表面温度の22時と17時の差 (Horiand Watarai 2005より)｡ 図左の山は宝鏡山で､ 右側の山の斜面に見られる三角形の領域は採石場のため裸地となっている｡
らが見られること (図４) や､ 北側斜面の温暖帯強度や介した観測結果のみではまだ不十分であり､ 更なる研究出現率が他斜面に比べて小さいこと (図７) は､ 斜面温が必要である｡暖帯形成に局所的な条件が寄与していることを示唆している｡

謝辞

斜面の気温分布に影響を与える局所的な条件としては､本稿で紹介された２回の集中観測は､ 2004年については筑波地形や土地被覆といったものが挙げられるだろう｡ 先に大学第一学群自然学類開設授業 ｢気候学・気象学野外実験｣ と述べたように､ サーモグラフィーの観測で見られた分布して実施されたものです｡ 2007年については､ 筑波大学学内プのむらは地形の起伏と良く対応している｡ また､ 筑波山はアカマツやアカガシといった植物の森林となっている

ロジェクト ｢筑波山における気象・水文環境の多要素モニタリングによる大気・水循環場の解明｣ (代表：林陽生・筑波大学教授) による成果です｡ これらの観測に協力頂いた大学生・斜面が多く､ 森林の蓄熱効果によって夜間の気温低下が大学院生に感謝致します｡ 特に､ 2007年観測における東西南北抑えられていることが斜面温暖帯の形成に寄与している

斜面での気温連続観測に関しては､ 筑波大学自然学類 (当時)可能性がある｡の加納遼平氏に尽力頂きました｡ ここに感謝の意を表します｡

Hori and Watarai (2005) は､ 筑波山の南東に位置する宝鏡山と､ その南東の山の斜面にある採石場を対象に､ サーモグラフィーを用いて晴天夜間の表面温度低下率を調べた｡ 宝鏡山の斜面は森林であり､ 一方採石場は参考文献
郡司

1958：筑波山麓における気温の逆転について. 産業

Hori, M. E. and Y. Watarai 2005: Observation of thermal

裸地になっている｡ 図８は､ 17時から22時にかけての気

belt on an open slope by use of infrared thermography.

温低下を示す｡ 採石場の斜面では約10℃の温度低下を示しているのに対し､ ほぼ同標高の宝鏡山斜面では約７℃

助

気象調査報告, 21, 89−91.

Tsukuba Geoenv. Sci., 1, 3−10.
堀正岳・植田宏昭・野原大輔

2006：筑波山西側斜面におけほどの低下となっている｡ 両者の差は地表面被覆の違い､る斜面温暖帯の発生頻度と時間変化特性. 地理学評論, 79,

すなわち森林の蓄熱効果による気温低下の抑制効果がも26−38.

たらしていると推測される｡
森林が夜間の蓄熱効果を発揮するには､ 日中に日射を吸収して森林が暖まることが必要である｡ 北側斜面の森

茨城県・水戸測候所

1957：｢筑波山麓における果樹適応性調査 (昭和31年度総合報告)｣, 茨城県.
小林守

1979：熱映像による筑波山の温暖帯の測定. 天気,26, 161−166.

林は､ 日中に十分な日射を受けられないため､ 夜間の蓄

Ueda, H., M. E. Hori and D. Nohara 2003: Observational

熱効果をもたらすことができない｡ その結果､ 図７で示

study of the thermal belt on the slope of Mt. Tsukuba. J.

されたように､ 北側斜面のみ他斜面に比べて斜面温暖帯が発生しにくいという可能性もある｡ しかし､ 本稿で紹Meteor. Soc. Japan, 81, 1283−1288.
Watarai, Y., M. E. Hori and Y. Hayashi 2005: Vertical85

筑波山における斜面温暖帯観測 (渡来)structure of the thermal belt in the western slope of Mt.
Tsukuba: an observational study on 10 − 11 December,

吉野正敏 1982：筑波研究学園都市の低温と接地逆転層の発達.
筑波大学水理実験センター報告, ６, 35−44.

2004. Tsukuba Geoenv. Sci., 1, 11−17.

Observation of the Thermal Belt on the Slope of Mt.Tsukuba
Yasushi WATARAI＊＊

Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University

Keywords: Mt. Tsukuba, thermal belt, surface temperature, surface inversion layer,
thermography86