防災科学技術総合研究速靱第7号

1967年3月

551，521．5：551，514．2：551．509612

人工霧による放射抑制機構に関する研究（第1報）
関原

彊・村井潔三・嘉納宗靖
気象庁気象研究所

StudiesontheM㏄hamism

byamofD㏄maseof

E肘㏄tive

Ar舳icia1Fog（Report

Radiatiom

I）

By

K．SEK1HARA，K．MURA1anO

M．KANO〃ε1ε・γ・1・批αlRε・θατ・ん∫π8舳倣，τ・〜・

S㎜mmaryMainefforthe1iometer，㎝dwasby

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Resu1ts

1．序

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o．4−1，39／m3，andof

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that

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anf1uctuating．

やわらげ、霜の害を防ごうとする試みは昔から在諭

よく晴れた夜は地表面付近の冷却が激しく，こされてきたが，蒸発抑制剤を使用しての不乾性微れに反し全天雲に拾拾われた時または浸い霧のか水滴を大量発生させて防霜防冷に使歩うとする方かつた際には夜問冷却が小さいことはよく知られ法が，三原氏等（1966）によつて開拓されてきた．ている．これは雲オたは霧が地表面から射出された長汲長（赤外）放射を吸収し．この吸収した放この場合，三原氏等が述ぺていると歩りまず安定射エネルギーの大部分を再ぴ地表へ向けて放射するためである．婁や霧は長波長放射を非常によく吸収するので，長汲長放射の伝達の問題では従来雲を黒体として扱つてさた．雲や霧がこのように長波長放射をよく吸収する性質を利用して，人工霧をつくり，それによつて夜間放射による冷却をした（蒸発速度が非常に遅い）霧粒を多■にかつ廉価に得ることが問題であ），これについては資源技術試験所で研究が進められている．第二はこれらの霧の放射的性質を研究することである．曇がか在り厚い場合には前記のように長汲長放射に対して，雲は黒体として扱えるが，そうでない場合には黒体として扱えず，問題は非常に複雑とな

一41一

冷害気象の局地的発現機樽をらびに人工霧による局地気象改良に囚する研究（中間報告） 防災科学技術総合研究速報 第7号1967

る．5や昌は夜問に拒いては地面からの長汲長放水のi）は独立に測定されたが，上記の粒度分布脱さえぎり、．地表面の冷却をやわらげるが，昼の測定値より・式ω一汁πτ
間に拾いては太⑰からの短汲長放射（目射）をさえぎり，地表付近の温度上昇を妨げ，いわゆる冷3Vを用いても求められる．ここでρは水の密度を示すが，ρ＝1として扱つた・害の問題に深く関係する．このように昌や5は大気中での放肘伝違に重要な役割を漬ずるが，問題3．測定結果および考豪が取扱いにくいため，5や；の中での放射伝違の前記の夜問の問に数回にわたって5が作られ，そこでまず蟹粒の粒度分布，暑の含水■拾よぴ観測場所へ流出されたが，風の影oてう言く暑が測定点付近を拾拾わなかつたり．また拡散によつ

3の眉の厚さが放射伝達に拾よぼす影讐を笑験的，て霧が途中で消えて十分な口度が得られなかった

理論的に研究し，その成果を基礎にして，実際の防鶉．冷害の対策を考えることが肝裏である．こりしたが，そのうちで午前2時副分ごろより3時30分ごろ言での実験では霧が定常的に測定点を玲の予伽報告では，1966隼12月に行なわれた野外拾い，比蚊的よい測定値が得られた．その時の長汲長放射の測定結果を図一1a，1bに．また同時刻研究は運れている．

倶測の測定結果と試作した近赤外分光目射計の特に放射の観測点付近で硯測された8粒の顕徴鈍写
真の一部を図一2a，2bに，またこのような写真か蟹在らぴに次年度の研究計画を述ぺる．
2．

1予外硯測

1966年皿月6目の晩から翌7貝の早朝にかけら得られたいくつかの5粒の粒度分布を図一3aて．国立競技場に歩いて．￡技研の三原氏等とと〜3fに不す．
図一1a，1bからわかるように，夜問放射は人
工暑に拾拾われる直前の値に比ぺて5に玲歩われた場合には平均拾よそ2％漬少し。その値は最大約33％より最少11％の問を変螂している．この夜問放射の変功は讐の状態の変⑰によるもので，図もに人工5による夜問放射のしやへい効果についての共同観測を行なつた．当方の行なった測定は
長汲長放射，人工5の粒度分布拾よぴその含水■等である．

長汲長放肘の測定は5発生後から約刎ないし30m雌れたところでFunk型の放射計を用いてなさ

一3a〜3fからわかるように讐粒の半径は10μ前れた．

後のものが一番多いが，かなり変⑰を示して拾り，含水■1もそれに伴つてかなり変螂し，約0．4g■㎞3

讐粒の粒皮分布は放射の倶測点付近狂よび，5発生槙の近く（5〜皿m以内）で主として行なつた．測定方法は次のと拾りである．長さ約6㎝，幅約2㎝のガラスの小片の表面に晦Oをくん煙して吹きつけ（9mke）したものを多数阜備し，より1．7g■m3にまたがっていることがわかる．
これは白然の5や曇で観測される含水■の大きさと大体同じ程度であり，三原氏等の前述の報告で推定（実測値ではない）された値，2〜39■㎞3

これを5に拾歩われている場所の地表面に一定時よりは小さいが，大きさの程度は同じである．

問（当夜は繕の竈度に応じ15秒ないし副秒）放口

霧の眉の厚さの測定はなされなかったが，今回のする・そうするとガラスの小片上に5粒が落下し，その上にこん跡を残す．このこん跡を顕微筍写真

これはガラス小片上に落下した5粒の粒度分布を

霧の眉の厚さは大体5〜10m程度であったと思われる一今，かりに層の厚さの平均値として7mをとり．また5の含水■のそれを1g■㎞3ととると底面別1m2の気柱の5水■は7g■m2となる．ところが三原氏等の報告の図一5の5水■と長汲長与えるものであるが，これから実際の空問に玲ける粒度分布を求めるには次のようにする．今，｛放射の透過率との関係を示す曲源によると，7g■m2の暑水■に対する透過率は非常に小さく約O．23

番目の夫きさの区問にある5粒の半径を ，落下速度を〜，オた空問密度を篶 とし，時問fの問に面竈が■なるガラス小片の上に落下した 番目

そO．78であった．O．23に比ぺてかなり大きい．
これは多分三颪氏の計算が5粒の大きさを考口せの5粒の徴を∫｛とすると，篶＝∫｛■■ずに含水■：を等価的な水の膜に口き換えているこにとり、その大きさを測定していくつかの大ささの籟囲に分け，その範囲内のこん跡の赦を求める．

μで一与であるが，今回の測定では5の透過率は平均珍よとに基因するものと思われる．5水■を水の膜にえられる．

5の含水■ω（讐の中の単位体竈中に含｛れる

口き摸えた場合と．実原の5粒の大きさを考后し一42一

人工5による放射抑制機棚に関ナる研究（第1報）一因原・村井．嘉納＿

4mV

3→昌婁︒

10』TlME

Fig・1a・Recordofnet

iux

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4mV

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2

TIME

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凶o−昌身﹄雷目へ︑1冒曇8γ聖葬＼、1回oき一◎＞285■8召oi．I｝、．．

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日o二〇εo雪E82彗8召〇一U︷1冒⁝︒︒o∴．

冷害気象の局地的発現機構ならびに人工霧による局地気象改良に

・1F g 2a●

防災科学技術総合研究速報

MicroscopicpictureofF g 2b

The ㎜ e aS F g 2a■

第7号1967

artificia1fog

・1・−・1

関する研究（中間報告）

44●

Partic1es

人工炊よる放榊鵬O醐ナる研究傷・靱）一囚原一村井．蝸

time
30

ΣN03h05m；40．8cm／

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Partic1es

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竃丑彗
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1O201．adius

Fig．3b．

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一45一

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4050

冷害気εの局地的発現む｝ならぴに人工8による局地気臼改良に。
寅ナる研究（中間報告） 防災科学技術儘合研究遠軸 簑7号1967

time03h20m
ΣN；61，5cm一・＝1．13g−n

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1001020Fig．3c．

The4030

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i主2010102030

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Fig．3d．

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Fig．3a．

50

人工霧による放射抑制機むに関ナる研究（第1報）

関原．村井・嘉納一

ti−ne

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time

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Fig．3e．

4050

冷害気象の局地的発現機構ならぴに人工霧による局地気象改良に関する研究（中間報告）

防災科学技術健合研究遠報た場合とでは同じ水の量でも吸収にかなりの差が第7号1967

さい集光用望遠鏡を設計した．

ある．すなわち霧粒の粒度分布によってかなり差汲長の純度をよくするために分光器はinfra−があることが知られているが，今回の野外観測では人工蟹の粒度分布とそれの夜問放射に対するし個のブリズムは同一の軸に固定され，2個のプリsi1プリズムを2個用いた複式分光器とし，2やへい作用あるいは霧の透過事との関係を見いだ

ズムの回転角のずれによって生ずる汲長の誤差をすことはできなかった．このためには人工霧のみならず，自然のより安定した霧の場合に放射を測極力／』・さくしてある．

定し，同時に霧の粒度分布、含水量拾よび霧の層合には最大105に達するので，これを同一の装置の厚さを測定し，放射（短波長歩よび長汲長）の透過率とこれらの霧の特性を示すパラメーターとで測定するためには装置の感度調節が問題点となる．そのために次のような方法を用いる．の関係を研究する一方，理論的に霧や雲の中での放射伝達の機構を解明し，その基礎に立つて，冷受光用の光電子増倍管に供給する電圧を約300害防止，防霜法の研究を進める必要がある．そして放射伝達機構の解明のためには，従来ほとんど資料のなかった波長別測定結果を積み上げること

光源の直射光と散乱光の強度比は、自然光の場

1）巴気的詞節
V一から750Vの間で段階状に10段階に分け，入射光の強度に応じて切り換える．

各段階に拾ける電圧が安定に得られるように回路には充分の考慮が払われている．この方法で調節しうる感度の範囲は1〜103である．

が一つの重要な鐘となるのである．

4・近赤外分光日射計の試作

0，3μ〜4．0μの間で光源（太陽あるいは人工光源）の直射光およぴ任意の方向からの散乱光をPbSで受光する場合には増幅度を変化させる．

2）光学的詞節
分光器に入射する光量を調節するために次の方測定しうるように設計した．直射光のみを集光するため。また，光源の方向から1oずれた方向からの散乱光が測定できるように開口角のきわめて小法を用いる．li1望遠鏡の先端に拾ける絞りの調節
1ii〕入射スリットの長さ拾よび幅の調節

1iioグレーフィルターの濃度の調節の3種である．それぞれの調節によって調節しうる範囲は・ll11〜101，m1〜5xm2，l11D1〜3×101の程度である．
実験の測定に際しては，波長O．3μ〜4．0μの問の走査（scanninδ

は約5分でその途中で電気的調節を瞬問的に行ない．波長による変動の範囲を調節し，光学的調節は走査の途中では一切行なP。

o

わない．

装置の構成図を図一4に示す．

pI

L目mp
Source

集光用望遠鈍およぴ光源自動追尾装口
㍑三、凹

12O

○ ChoPPer
虫，

H

E−w

集光用望遠鏡は図一4のTで示される．望遠鏡

Amp．の開口角は約団 になるように設計され，望遠鏡内の迷光を吸収するための暗箱を側部に付してあSe

rvoS
N−5D⑪ub

leSeMonochrrる．
vo

光源自動追尾装置

Amp．
凹5（suln−fo11ower）1（F）は，望遠鏡の側面に取付けられ．Fは常に光源の方向▲．C

Recorder．Amp．

を追随し，TとFは互に平行あるいは任意の角度に保たれ，直射光あるいは散乱光を集光する．

光源自動追尾装置は簡単な望遠鏡てあつて，平行に並ぺた2枚の光電管（photoce11）上に光源の像を結ばせ各々の出力の差によってモーターをFig．4．

B1ock

diagramof

theinfrared

spectropyrhe1iometer．

駆動させて常に光源の方向を保つようにしたサーボ系（SerVO SyStem）である．望遠鏡の回転は一48一

人工霧による放射抑側棲むに関する研究（第1報）一関原・村井．口納＿水平面内の成分と鉛直面内の成分とに分けられその各々が独立してサーボ系によって駆動される．

分 光 器
分光器は，測定値の基準として標準光源を用意し．測定値
はすぺてこの標準光源の強度に対する比で表わされる．光源としては。タニ・グステン電球を用い，infrasi1プリズム2個を用いた複式分光器である．前述のように，2個のプリズ直射光の測定の直前に標準光源の強度を測定して拾き，装置の感度の変動による誤差を取除く．

1回の走査の速さは，O．3μ〜4μの問についてムを同一の軸に固定して回転し波長を還定しているので，2個のプリズムをスプリング等によって約5分である．短波長側から走査を開始し．

結合した場合に比してはるかに波長の精度が良い．

な汲長を選んで測定しうるようにプリズムの回転をカムによって調節する．測定値は違続的に記像

スリットの幅拾よぴ長さは，可変であるが不連続である．すなわち，あらかじめ種々の幅拾よぴ長さを持ったスリットを多数用意して拾き，入射光に適したものをそう入して測定する．これは，連続可変のスリットの場合には同一のスリット幅の再現性が悪いため肥生ずる測定の誤差を避ける目的である．

中間スリットは，幅拾よび長さは適当庄値に固定して測定を行なう．射出スリットの幅拾よぴ長さも固定され，検出器の受光部分の移動による誤差を避ける．射出スリットは極力大きく保ち，受光面籏をできる限り広く取りうるようにする．
入射光の強度の大きい場合には入射スリットの適当も可能であるが，あらかじめ測定すぺき波長の値を指定し（ほぼ500A間隔），その波長の値のみを記録する方法を用いる・

波長の検定のために水銀灯を用い常時波長の検定を行ない，さらに，簡単なグレーティング分光器を用い，長波長側の光源として用いる．後者は必要に応じて実験室内で精密に検定することを目的としている．

測定韻差
測定器のもつ誤差の最大のものはスリット幅の再現性の不良から生ずるものと思われ．スリット幅を連続可変にする場合には避けられないので，直前にグレー7イルターをそう入し滅光する．
浸度の異なる7イルターをいくつか準備して拾きこれを不連続可変とした．すなわち，種々の大きさのスリッ適当なものを選んで用いる．

光量を調節する方法を採った．この場合に問題とスリット幅拾よび長さ，クレー7イルターの浸度，絞りの量の調節による装置の感度の変化は，なるのは，スリット板を取付ける位置の再現性であるが，前考よりは精度の向上が予想される・

自然光を光源として検定を行庄い，測定された値減光のためにそう入するグレーフィルター（あるいは水晶の半透明拡散板）は，透過堅が波長にはすぺて同一の条件のものに統一される．

ト板を多数備え、これを交換することにより入射検出器およぴ電源より異なる点が問題点であつて，波長別に正確を検出器としては，紫外，可視域（O．3μ〜O．8μ）値を求めることが重要な点である．

に対しては光電子増倍管（9526−B）を用い，望遠鏡の先端で調節する絞りの係数は，わずかo．6μ〜4．0μの間はPbSセノレを用いる．検出器のに波長による変化が認められるが，極度に光量を絞らない場合には誤差はきわめて小さい．

発する雑音を少なくするために検出器を冷却する．

検出器の交換は射出スリットの前の反射鏡の回転によつて行なう．

増倍管への供給電圧の変動は，0．2％をこえないように回路の安定化を計ってある．

増幅器およぴ記録計
光電流を安定に測定するために，入射スリットの直前でセクターを回転させ，入射光束を交流化して測定する．

変換の周汲数は約400陸である．
変換周波数に同調した増幅器によつて光電流を増幅し，最大出力皿m

電気的原因，すなわち、検出器に供給される高圧の変動によ6誤差は，電圧値が高いほど効いてくるわけであるが，この測定に用いている値は最高750Vであって著しい誤差の原因とはならない．

PbSセルで受光する場合には，冷却によって雑音は少なくしうるが，増幅度を高くした場合には除き切れず暗電流が残る．これが時間的に変動するために誤差を生ずる．毎回の測定の直後に暗電流を記録して補正するが，これによる誤差は他に比ぺて大きいものと推定される．

測定の順序と測定値の整理Vとして記録する．

a）自然光測定

標準光源およぴ波長検定

一49一

冷害気象の局地的発現機棚ならびに人工霧による局地気象改良に関する研究（中間報告） 防災科学技術総合研究速報 第7号1蜥

太陽を光源として行なう場合には，太陽の直射光と太陽の中心から1。〜正わ方向の天空光の角度しうるので波長別の角度分布を知ることによって工一ロゾルの粒度分布の知識が得られる一雲の場合の測定は，まず第一に雲が非常にうす分布を測定する・Iま・ず最初に標準光源について0．35μ〜4．0μのく，直射光の測定が可能な場合に限られる．また，雲の眉の厚さはきわめて変化が著しく，安定な測強度を測定し，引き続き直射光を測定し，さらにf，20，ゴ，5o，70，10oおよぴ1ポの天空光を測定が得られない点が問題である．

定し，空の状態を知る目的で天頂の汲長分布も測b）人工光源による測定
霧の層の中ての測定は，自然光を光源として用定して拾く．

測定された値は，前述のように標準光源に対する比る．測定の種類は自然光の場合と同様に直射光とγ（λ）として表わされる．

7（λ）＝

いることができないので，適当な人工光源を用い散乱光であるが．方法はかなり違ってくる．この場合には，霧粒による散乱光を散乱角0o〜180oのλ）■㍍1λ）｛（ハは，直射光あるいは天空光に対応する受間で測定し，波長別の角度分布を求めることが基光器の光電流であり，ε2（λ）は標準電球のそれ本となる．その形から霧の粒径分布の推定がある程度可能であると考えられる．

である．

以上の一違の測定を，太陽高度15o付近の時刻から南中高度の時刻までの間にできる限り数多く繰返し行なつて拾く一直射光の強度は，以上，短波長域の測定は，工一ロゾルあるいは霧粒の粒径分布と放射との関係がおも庄問題である．一方，夜間の冷却に最も有効な領域は10μを1（λ）＿1。（1）、一τ（λ）珊中心とする長波長域であって．短波長域は直接有1（λ）：地上に達する直射光の強度

1o（λ）：大気外に拾ける直射光の強度効な成分ではないのであるが、長波長放射に及ぼす霧の効果の中に霧粒の大ささが要素として介入してくる場合には上述のような霧の粒径分布の推τ（λ）：大気の光学的厚さ定が必要になるものと考えられる．

〃（≡sec

また，長波長成分の測定には分光測定はかなりZ）：大気路程，Z：太陽天頂角

難点を持って拾り，黒体を受感部とする全波長域の測定器を用いるのが容易である．その場合には，短汲長域の成分を求める方法として上の測定が有と表わされる．書きかえると
1・g1。（λ）一一1・g1（λ）＝τ（λ）・πとなり，1691（λ）は肌に対し直線関係となる・効になってくる．

そこで，横軸にπ，縦軸に1Og1（λ），す在わち，5．あとがき

測定値としては1Ogγ（λ）をとり，測定時刻に対

この報告の1〜3は主として嘉納が担当し，4応するπに対して測定された1ogγ（λ）をブロッについては主として村井が担当して執筆した．また共同観測には気象研究所高層物理研究部第二研

トすれば，その直線の傾きによってψが得られる．また，補外法によってπ＝0に拾けるγ1λ1を求めれぱ大気外の直射光に対応する値が得られる（Bouguer−Lang1eyの方法）・このようにして求めたτ1λ1の慎長分布から工一ロゾルの粒径分布が推定さ九る．

太陽の周辺光の強度は。工一ロゾル粒子によって散乱された一次散光の強度を表わナものと見な

究室員，鈴木正，小川芳雄，同物理気象研究部，佐粧純男，徳植宏が参加している．

な扮，次年度においては3で指摘したごとく自然拾よび人工霧中の放射伝達の実験的・理論的研究を行なうと共に，試作された近赤外分光目射計を使用して波長別の放射測定を行なう予定である．

一50一