防災科学技術総合研究報告第21号

1969隼3月

551，508．7

降水量測定方式による降雪強度測定法の研究
丸山晴久篶・北川寿江・草野三郎・横田良夫
気象研究所

◎n

a

New−Type

Snowlntensity

RecorderBy
・一1．Maruyama※，T．K廿agawa，S．Kusano

andY．Yokota〃肋0グ0〜0g｛Cα1RεSεα7Cん∫πS舳ωe，τ0先砂0

AbstractA

new−type

smw

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recorder

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instrument

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me1ted，andtheme1ted

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Errorsdesigned．The

co11ected

amp1ified

range

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The

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one

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from0．3to30mm／hr．

ofsnow1ntensity

andobtainedstatistica11y

throughHe1d

measurements，and

that

instrument

properformeasuring

the

is

the

co11ect1㎝efficiencies
the

snow

次
1、まえがき・・・・……

2．降雪強度測定器の概要…

．．

2，1

測定器の原理…・・一…

・・44

3、観測の概略…一・・
4．観測の結果…………一・・
4．1 降雪強度計の測定誤差…

2．2

受雪部の構造・一・・

1．44

4．2

2．3

増幅器および記録器…

．

5、結果の検討と結論…・・一…

1．

・43
44

46

本論文執筆代表者（Thewriterresp㎝sible

．．47

…

・・48

…

47

49

部においても高速道路が整備されつつある．これら交通機関にあたえる降雪の影響は大きく，積雪

まえがき

近年，鉄道や道路など交通機関が発達し，山問＊

捕捉率の測定………・・

・一46

for

一43一

the

present

paper）

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

滴の温度によってもその量は変化する．温度が10

量ぱかりでなく視程障害を拾こし交通量を左右し事故をひき拾こしたりする．比較的短い時問に括ける降雪の強さの変化の実況を離れた場所（例えば駅や関門など）で連続記録しうるような測定器℃のときは30℃のときにくらぺ約5％の増加が測定された．水滴がちぎれるのはその重量と切れ目に働く表面張力によってきまると思われる．表面張力は温度によって変化し，純水に拾ける10℃のときのその値は30℃の値に比し4．1％増加が必要である．

降雨強度の測器はいくつか開発されているが，降雪強度に関するもの，特に短時間の強度の変化

し，測定値と大体一致している．降雪強度計に用を記録しうるものは見当らない．薯者の1人は，いる場合には水滴の温度は拾よそ一定であるので温度の効果は考えなくてよいと思われる．

かつて降雨強度計を試作した．（成瀬，丸山，1963）

これは雨量計に入った雨水を一定の大きさ

2．2 受雪部の構造
ノズルから落の水滴として落下させ，これを電気的パルスにかえて増幅しリレーを働かせてカウンターで記録させるものである．この方式は雨量計と記録部を離すことが可能であり，弱い強度にも適している．
降雪の強度は降雨のそれにくらべ約十ぐらいであるから短い時問の強度を測定するためには，非常に少ない水量が測定されなくてはならない．例
えぱ1時間あたりの降雪強度が0．2mm／h rのとき，1分間に雨量計に入る水の量は約O．1c cとなる．水滴にして強度を測定する方式は充分これに応ずることができるのでこの方式を応用して降示したような形

雪強度の測定法を検討した．

そのはし重で充分にぬらし小さい水滴が落下する
ことのないようにした．先端の直径Dは必要な水滴の量になるように定める．本装置の場合は一滴

2．降雪強度測定器の概要
2．1 測定器の原理
受雪器の・まわりをあたためて降雪をとかし，とけた雪水を口径の一定のノズルから一定量の水滴にし，ステンレ 図1 ステンレス製ノズル
ス鋼を用いた．
Stain1ess stee1
先端はその申心

nOzzleをえぐり，先が乾いていても水が流れ出したときの量がO．157ccとなるようにした．この値は2分問に一滴落下すれば，口径200mmの受雪器として落下させる．この水滴で極板を短らくさせる．極板間に生じた電気的パルスを増幅しリレー

ColI■c−iogを働かせ，一定時問内のパルス数を記録させれぱ
降雪強度として読取ることができる．
この過程にいくつかの問題点が存在している．

雪をとかすために受雪口をあたためることが必要である．そのためまわりの気温より高くなるのでとけた雪からの蒸発がおこり降雪量が少な目に測

Wo一■r

■

1、■『π101o・jo出■f■00・of01

1mπ、○r6ion

・f60221■

凪E■1■cfI−od■

P■

ifio■

＾■of■．■

00pPOrfOb■■！一40一〕of−bolb＿更．

定されることが考えられる．しかしこの量は受雪口に入った雪の量を正確に測定することが困難であるため，あとで述べる雪量計の捕捉の誤差に含めて一諸に測定した．第二の問題はノズルより落下する水滴の大きさが常に一定であるかどうかである．水滴がちぎれる時におこる偶然誤差が考えられるが，これは無視してよい程度であった．水滴の生ずる速さ，すなわち落下の時間間隔が短くなると水滴はやや大きくなる．1分間に20滴のときと100滴のときとくらべると水の量として後者は前者に比し約4％増加した．この外に水

図2
C

一44一

受雪器の構造Structure
O1l

eC

t

i

ng

of
i

n

the
S

t

r

snow
ume

n

t．

降水量測定方式による降雪強度測定法の研究一丸山・北川．草野・横田を用いるξ皿15mm／hrの強度に相当し，口径

真及び内部の写真を写真1，写真2に示す．外141mm

型は円筒型になつていて受雪口の重わりに水の入を用いるとO．3mm／h

r一となる．フル

スケールはこの100倍であるからこの値は雪のるタンクを設けてある．このタンク内に200W

観測には最も適したものといえる．

のヒーターを入れ，サーミスター温度調節器により水温を一定に保つようにしてある．この温度は勿論O℃以上でなくてはならないが，O℃に近いと降雪がとけるのに時間がかかり知くれが生ずる．

特にあられのような大粒の粒子のときはその影響が大きい．また水温が高すぎると蒸発する量が大きくなることが考えられる．実際の降雪についての観測の経験からタンクの水の温度は十5〜10℃位が最も適当であることをみいだした．

Vioシl

foO■

8

＝1■へ、・
Co眺一一＼o／一■C．P岬仙・

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■

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写真1

雪面に設置した降雪強度計の受雪部
Snow cosnowfa11
set

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t

o

f
●

−ntensity−meter

being

t1ed 〕n t hピ S n OW．

図3

N字管の構造St…

t・re・fN−typ・c・pP・・

tub（1．

受雪口より人りとけた雪水は，外径10mmの銅製のN字型のパイプを通り先端のノズルより水滴となって落下する．N字管は図3に示すような構造になっていて，予め下のコックを止め上の

写真2

co11ecting

管をつけた理由は，受雪口に入った慶壊などが，受雪部の内部
Insidei砧

コックを開いてAの方より水を入れ，Bの口より水があふれ出たらBのコックを止めると水はCのノズルの先端より流れ出して水面はAの位置で止まりN字管の中は水で満たされる．このときBの位置に空気が入らないように注意する．このN字

rl

S

t

r

view
ume

n

of

the

smw

t．

ノズルの細管をつめることのたいように管の下部

受雪部の概略図を図2に，雪面に設置した写に沈澱させるためのものである．N字管やその申

一45一

多雪地帯における布∵ パ害防止に開する研究
防災科学技術総合舳一モ1寸沽 第21号 1969の・kは温度変化や蒸発などに上り，水が減少する．

3段増幅を用いた．この増幅器を用いると5MΩ

もしCの口の内伴が太いと水が滅少すれぱこの口
よりN字管の中に牢気が人ってしまう．空気は水より体積膨張率が大きいからこの傾向が助長され，まで安定な作動を行なう．写真3にあるようにヵ
ウンターをつけ或る時問内における総滴数を読取れるようにしてある．この値から降水量に換算し温度変化で水滴が落下することになる．これを除くためにCのノズルの内件を細くしてある．これがあると中の水が失われることが少なく，失われても空気が中に入ることはない．N字管の中の水00㎜口径の受雪器では2×10−2㎜に相当が凍結するのを除くため，写真2でみられるように40Wの電球を入れた．
2．3 増幅器および記録器
雪や雨水には常に或程度の塩類がとけ込んでいる．特に都市や降り始めの降水にはより多くとけていて電気伝導度は大きい．しかし山間部など空気のきれいな場所や長く降り続いた終り頃の降水の電気伝導度は非常に小さくなる．したがって極板の問（約1mm）に水滴によって閉じてつくられる低抗ば10kΩから1MΩぐらい変動する．
そのためこれに用いられる増幅器は，少くとも2MΩに流れる電流にたいして充分作動するもので1㎜1

畿〔二11…

emat

CatiOnicdi2×10−2mmをかけれぱその時間内に降った雪の降水量を知ることができる．積雪量はこの値を
積雪の密度で割れば求められるが，その密度はその時の気温や雪結晶の形，地面の状態などに大きく左右されるので一概にはきまらない．気温が0℃以下のときは，積雪の密度として拾拾よそO．1
g／Cm3とすれぱ，大体の積雪量を推定することができる．

記録器は1又は2分の時間内のパルスの数を記録させれぱよい．これには計数の値をプリソトす
るものも開発されているが，ここでは風速などの記録に用いられている電接回数自記器を改造して使用した．増棚器に入っているタイマーからの信号によってペンを零点に復帰する機構を組込んだものである．ベニ■は三角ペンでなく毛細管のもの

は50cm／sec〜1m／secの範囲にある．そ

増幅回路図

Sch

する．したがってカウンターから読取った滴数にがよい．増欄器からは切替により，1分又は2分おきに信号が出るので記録紙の上ては1分間または2分問の滴数が記録される．これから直接降雪
強度を読みとることができる．その記録例は図5，6に示されている．
3．観測の概略
雪は雨に比して落下速度が約女程度で大部分

なくてはならない．

図4

うる．例えば，一滴がO．157ccであるとき，2

ag

r

a

m

o

f

amp1i

f

i−

CirCuit．

のため風によって流され易く，風速が5m／sec
又はそれ以上になると雪の流線はほとんど水平に近くなるので水平においた受雪口に入る雪の量は少くなることが予想される．真の降雪量にたいする受雪器で測られた値の比を 捕捉率 とすれぱ，
捕捉率は風速の関数であることが考えられる．重た口径の小さいものは大きいものにくらべ捕捉率が減少することも予想される．そのためこの捕捉率を実測から求めることが第1である．第2に同じ口径の同じような測器が近い場所にあつても測定された1〜2分の降水量は必ずしも同じ値を示
さないであろう．またこの誤差は口径が異なれぱ
ちがい，強度，時間によっても異なるであろう．

写真3

この誤差は一つの測定器のもっている偶然誤差と降雪強度計の増幅帯

、へmpl

ifier

of

snowfa11

intensi−

考えることができる．これを実測から求めるには同じような測器を2台必要とする．降雪強度計か

ここでは図4に示したようなトランジスタのらえられた短い時問の強度の変化が意味あるもの

ty−meter．

一46一

降水姑洲辻方式による降雪強度測定法定の研究一丸山・北川・草野・横田
かどうかを評価する」二に屯要なことである．そのため，口径が200mmのものと141mmのもビ）を各々2台ずつ■試作！、，六．

試作した降雪強度計がり．して実用になりうるか
・1二うかの検定と，Lllに1一■∴誤差をみいだすのをた目的として，196（ドト，1967年の2年，各々1〜2月に剃、㌧1ぺ！つ中軌において降雪の，一いを行なった・近くに「ギ、音物の在い平坦な場所

ぺ、らび，口径200nlmと141mmの受雪器
1々2台を互に約4m＼レ。い離して降雪時の主風
11「」に直角に並べて設賦しん．その近くの雪面近くに］径1mの大型受雪暑Sをお・いた．これの内側に

図5

ビニールの布がはってあり，これに入った雪はそ
っくり取出されその重量から雪の量は求められる．
真の降雪量は測定できないのでこの値を基準にし降雪強度計記録の一例a）

上図

口径200mmのものb）

下図

口径．141mmのもの

Examp

l

of

e

recordbysnowfa1l

intenSity−meter．

て榊捉率を求めた．風向，風速はエーロベンでa）upPer：200一㎜orifice，b）1ower：141一㎜orifice．

測定した。増榊器と記録器は約100m離れた民家の室内においた．記録器は4台とも同じタイマ

一々〆ぺ！！！々冷！毒ーを用いて2分毎に同時にリセットするようにし

榊榊

た・1968年の1〜2月は口径200mmの降雪強度計1台と大型受雪器を，長岡雪害実験研究
所構内に設置して降雪の観測を行なった．同研究所では光線を降雪にあてその反射光拾よび透過光

一ぎ、二㌻．．㍍榊…榊

1

刈こlll㌣川w

葦噌㍗篶〜㌧・い繁卓，一葦、、、淋．、、、

・〃悌

の強さの測定から降雪強度を求める測定器を開発しているのでそれと比較測定も行なつた．捕捉率を求めるために受雪部のノズルから落ちた水滴を
ビーヵ一に集め，メスンリンダーでその量を測定

・斗・．

した．

4．観測の結果
4．1 降雪強度計の測定誤差

図6

長岡に拾ける記録
a）下図 高気圧の吹出しに伴うしゅう雪b）⊥図 豪雪タイプの強度変化

記録の一例を図5，図6に示す．図5はR・…d・f…wf・］i．t。η。it。一口径が200mm（a）と141mm（b）のも

metピr i n Nagaoka．
a） 1ower：snow shower by tempora1i nト
ensifヨcation of northwester1y mon㏄m．
b）・pP・・：f1・・t・・ti… fi・t・。。ityのについて同時測定したときの自記紙である．縦軸は強度をあらわし（a）については1目盛が，0・ゴ5mm／hrに相当し，（b）については0．3m卯／hrである・したがってフルスケールは各々

inheavysnowfa1l．

15mm／hr，30mm／hrである．これは2分の記録である・｛1者の強度変化に大きなちがいがのタイマーでリセットしたものであるが1分でリセットすれぱ，強度の目盛は2倍の値となる．図

あり興味深い．

5の（a），（b）を比較すると両者とも大変よ
くにた時間的変化をしている．図6は長岡に拾用いて同じ口径のものや異なったものについて相互

ける冬季季節風時の降雪の強度変化を示す．（a）

はシベリャ高気圧の吹出しによるあられを主体と一様に降っているように見える雪も小さい面積に入る量は一様でないと思われる．またリセット

するしゅう雪の記録であり，（b）は1968年
2月1日，2日に北陸一帯に豪雪をもたらした時にκ〜％秒を要するのでその時問内に水滴が落下したときはカウントされないこともある．これら

このような記録が多くえられたので，それらをの相関や誤差を統計的に求あた．

一47一

多雪地帯に如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の原因で近い場所で同時観測しても必ずしも同じ強度を示さない．これらを偶然誤差と考え，その

第21号

1969

2台からえられた時間｛における測定値〃・己，。｛の差〃｛について〃分布をガゥス分布と仮定し・或る強度

に拾ける

＾一・μ1

その誤差の平均値は0，分散をσ2とすれぱ，W〃（O，σ2）となる．同じ口径の2台の測定器からえられた測定値 、， 、について，その差 、〃会i≡。・＝2（

・一∠ ，
〃一1
・

一 。＝∠ の分布はやはりガウス分布をし分散は2倍，〃（O，2σ2）となる．（Wilks，1944）
式（1），（2）により平均値1

同じ口径の2台の測定器を近くに設置し，えられた測定値から，誤差σを推定することができる．
しかし強度が変れぱこの値も変ることも考えられ

（1）

・
（2）

，不偏分散趾2を計算した．口径200mmと141mmについて各強度階級について求めた誤差の推定値・（mm／hr）
を表1に示す・るので強度を数階級に分けて求めた．同じ口径の

表1

降雪強度計の誤差

a．口径200mm
降

雪

強

度

tota1

1．8

1．8＜

O．214

0．210

O．281

O．244

0．163

0．164

0，215

0．158

O．15〜O，6

1．2

2分閻強度について ± O．146
4分閻強度について ± O．134〜

b．口径141m㎜
2分強度について

±

0．239

O．360

O．474

O．369

0．330

4分強度について

士

O．188

01271

O．369

O．255

O．263

表1から降雪強度が小さいとさは誤差は小さ

ビニール布で包んで秤で重量を測定し，〜二の量をいが，強度が大きくなると誤差も大さくなる傾向

口径200mmの面積当りの量に換算した．
一降雪又は1〜2時間おきに測定した降雪強度がみられる．しかし誤差の降雪強度にたいする比は逆の傾向となり，強度が0．5mm／hrのとさは30％もあるが，2．0mm／h rでは10％以下と計に入った量の同じ時間における大型受雪器の量にたいする割合を捕捉率として求めた．図7はなつている．次に口径200mmと141mmと比較すると大きい方が誤差は小さく在っているが受雪口の面籏が2分の1となつても誤差は2倍よ

％

280

り小さい．

第3に強度測定の時問の2分と4分とを比較す

200

ると時間が長い方が誤差は少く差る。

口径200mmの強度計2台で測定した値につ

84．6、

：

いて相関係数を求めると0，895となる．口径
141mmのもの向志について求めた相関係数は

150

100

．！

前者よりやや劣るが0，809がえられた．
4．2 捕捉率の測定
さきに述べたように雪は落下速度が小さいため
風の影響をうけ易く，受雪計のまわりの乱流も影響して受雪口に入る雪の量は一般には真の降雪量
より滅少すると考えられる．しかし真の降雪量を実測することは大変困難である．今回は直径1mの円型の大型受雪器に入った雪の量を基準として捕捉率を求めた．大型受雪器の内側に予めビニー
ル布をはっておき，ある時間内に降った雪をその
一48一

；

50

80

IOO

・．．r一．し，．・一

図7

180

200

1川。〔一｛lr1川1111rrl・rl・r

290

30■

l1ll一・・いl

lfl〔O

〔い

口径1mと200mmの受雪器に入った雪の量の比較
Comp

ar

in

1−meterisorifice一

on

o

f

c

orif

o

l1ec

ice

t

ed

and

v

o1ume

l

200−mm

降水量測定方式による降雪強度測定法の研究一丸山・北川・草野・横田

大型受雪器から換算した値と200mmの受雪口

図9は降雪強度の値にたいする捕捉率の関係に入った量の比較である．もし両者に降った量が同じなら4ポ （捕捉率100％）の線にのることになる．図7はいずれもその線より下重わっを示す．強度が増加すると捕捉率が増加している
ように見られるが，強度の大きし（時の方が風速が弱い傾向があるので見かけ上そのような関係が生てお・り，捕提率であらわせぱ平均84．6％の・まわじたものであろう．

りに散らばっている．ここで2重丸した2個は大分離れていむがあとでのべるように平均風速が5m以上となり，地ふぶきが生じだときの値である

200mmと141mmをもつ降雪強度計を試作

m／SeC以上となり，地ふぷきが生じたときの値

し，その実用試験を行ない良好な結果をえた．降である．

雪をとかすための水のタ／クの温度は十7℃前後に保って倉けぱ，相当強い降雪でもまた大粒のあられにたいしても雨と同程度のおくれで記録できることがわかった．しゅう雪性のあられは降り始め

10
■

80

．

8

■

5．結果の検討と緒論
降水量測定に用いられている雨量計と同じ口径

から，降り終りまでの全降水量は多いとはいえな

いが短い時間の強度変化をとると時々，非常に強ち60いものがあらわれる．2分問の降雪強度で10mm／hr程度は普通で稀には20mm／hrに達する

040

こともあった．雪片の場合は一般に弱〈，1〜2

0 20mm／hr程度であるが，6mm／hr以上は稀であつた．したがって今回用いたノズルの太さは適当

0

1．0

■00

図8

2．0

3．0

4．0

UiOd

｝■IOCif508．

であったということができる．口径141mmのnレ●●6，

受雪口をもっものについてぱその太さを細くして水滴の質量を半分にした方がよいと思われる．しかし降雨やみぞれのときも測定するような時はフ

平均風速と捕捉率との関係
Relation

between

mean

wind

・・1ocity・ndco11ecti㎝effici㎝cy・同じ資料を用いて各資料採集時間における平均rか重たはそれ以上が必要となる．この装置は雨も雪も共た測定すること

風速との関係を求めたのが図8である．この図で風速が増加すると捕捉率は低下する傾向がはっきができ大変便利な点もあるが雪の強度のみ必要とりみられる．5m／sec以上にある二つは前にのい．雪片とあられの降雪は記録からお拾よそ判定することができる．降水量はカウンターから読取ることができるが，積雪量は温度の記録があれぱ
拾拾よそ推定することができよう．

べた地ふぶきが生じた時の資料であり雪面に近い
大型受雪器に雪がより多く入ったため捕捉率が異常に低下したと思われる．

する場合は，雨雪判別器を併用しなくてはならな

降雪強度の測定誤差は強度が弱いと30％，2
mm／hr以上では10％程度であつたが，これは，

§
ご8

一

ルスケールが30mm／h！・一81』

一っ当りの誤差であり強度変化を論ずる場合には
少くとも6〜10分以一ヒの時間について行なう．
このときは強度の値は数個以上の比較となる．〃
個の資料を用いるとその誤差は1／〉丁となる．

．

■o

例えぱ9個の資料では％となる．したがって多くの資料を用いれぱこの誤差は大変小さくなる．
■．0

2．0

3．O

200mmと141mmのものと比較すれば，200

4．Ommの方が誤差ば小さいが，141m

図9捕捉率と降雪強度との関係
Re

l

and

at

i

on

betweenco11ection

snowfa11

eff

mのもので

も充分使用しうろことがわかった．
intensiciency・i

直径1mの大；ユ受雪器との比較から求めた捕捉ty

率ば風速4m／三cc以下のときは平均85％程度
一49一

多雪地帯にお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

であり，3m／sec以下の風のときば80〜100がわかった．2分間単位の時間的変化の誤差も％の範囲にあった．これは北陸地方に降った雪について行なったものであるから少し大きく出ているかも知れない．この地方の雪はほとんど雪粒が付着凍結しており，落下速度がより大きいと思わ明らかにされた．

2、降雪量測定に関する一般的問題であるが，降雪の捕捉率は風速に大きく影響され風が3nl／

secより弱いときでも20〜10％の補∴はれるからである．降雪強度の変化を調べる（フ）にほ
とんどさしつかえないと思われるが，降雪必要であることがわかつた．しかし口径200mmのものと141mmのものについて∴ 一 呈

与｛三を知る目的には充分考慮しなくてはならない．とくに率はほとんど同じと考えてよいと思われノ．．

気温が低いと風により地ふぶきが拾こりやすく積
雪面から雪が舞い上り降雪量に影響をあたえる．

3、この強度計は雪ばかりでなく雨についで；π用しうる．したがってこれの使用に際して二，雨雪判別器，風向風速計，気温などの測器二）併

雪量計を高くする以外に防ぐ方法はないであろう．

上に述べた捕捉率は口径200mmのものについ用が望1まれる．

てであるが，141mmについては200mmとの比較においてほとんど100％とみなすことができ走．すなわち約1時間拾きの測定値，14個の平均が，99．9％であった．2分間のような短い時間の降水量の測定誤差は大きいが，長い時間の平均では両者は同じとみなすことができることを示している．

以上のことから結論されることは，終りに，この研究を行なラのに討論していただ
いた応用気象研究部桜庭信一部長，および雪害実験研究所斎藤博英所長拾よび同研究所第1研究室の方々に厚く御礼申しあげる．
参

考

文

献

成瀬・丸山（1963）：自記雨量強度計による降雨の観測・天気，10，238−241．
Wi1ks，S．S〈1944）： α 2肌α oα61、開発された降雪強度計は充分実用になること∫〜〃3〃oへ

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Princeton

Un〜

Press．