2024年5月20日 発行（毎月 1 回 20 日発行）通巻第 605 号

2222Vol.5
55No.
1970
1974

1975

2000

技術報文
20242030

国内河川の水質条件でみられる溶存態ニッケルの生態毒性の変動性
水質試料中のトリチウム分析法の検討
気象観測ドローンとGPSゾンデによる上層気象の4季観測

2060

◆技術報文◆ ﻿

環境と測定技術／Vol.51 No.5 2024

気象観測ドローンと GPS ゾンデによる上層気象の 4 季観測
ムラタ計測器サービス株式会社
坂間将純，池上匡，福池晃

八千代エンジニヤリング株式会社
塚川佳介
1．‌はじめに12～18 回（計 54 回）の比較試験を実施した。

火力発電所や廃棄物焼却施設等に係る環境アセスメン

環境アセスメントにおける上層気象観測では，4 季各

トでは，混合層高度や大気逆転層の出現状況等を把握

1 週間の連続観測を 3 時間に 1 回の間隔で行うことが多し，排ガスの拡散予測条件に反映するため，上層気象観

い。本稿では，気象観測ドローンの安全性を考慮して，測が必要となる場合がある 1）。

飛行条件は晴れまたは曇り，かつ風速が小さい（地上付近で約 10 m/s 以下）こととした。

現在，環境アセスメントにおける上層気象観測の調査手法では，GPS ゾンデと呼ばれる気象観測器を気球に吊気象観測ドローンは 2 m/s の上昇速度を設定し，自り下げて飛揚させることが一般的である。GPS ゾンデを律飛行で高度 500 m まで直上に飛行させ，1 秒間隔で気用いた手法は，高高度の気象状況の観測を行うことがで象データを取得した。GPS ゾンデは 5～6 m/s の上昇速きるが，観測に用いる気球や GPS ゾンデが使い捨てにな度を得るように気球にヘリウムガスを充てんして飛揚さることが多いため，環境負荷が高く，1 回の観測が高コせ，1 秒間隔で気象データを取得した。

ストである。また，ヘリウムガスの高騰や入手の難しさ，気象観測ドローンと GPS ゾンデによって取得した気自由気球の飛行許可が得られないリスク，GPS ゾンデの象データ（気温，風速，風向）について，地上から高度落下地点での事故のリスク等も課題として挙げられる。

500 m までの 5 m 毎にデータの比較を行った。また，環これらの課題を解決するために，上層気象観測への気境アセスメントでは 50 m 毎に結果の整理を行うことが象観測ドローンの活用を検討した報告がされている。福

多いため，50 m 毎に結果を整理した。

池ら（2020）の報告では，気象観測ドローンと GPS ゾ2.2

‌使用機器ンデの間には気温及び風速について，強い相関がみられ気象観測ドローンは，ACSL 社製のドローンである

たが，瞬時値のばらつきが大きいことが示されていACSL-PF2 をベースに気象観測機器を搭載した，タイ2）る 。岸田ら（2022）の報告では，強制通風ファンを導プエス社製の R-SWM version3 を使用した（図 1）。本

入することで温度の計測精度が改善され，気象観測ド稿では，岸田ら（2022）と同様に，温度計を格納したローンと GPS ゾンデの気温の測定結果はほぼ一致したことが示されている 3）。
本稿では，4 季にわたって，気象観測ドローンと GPSゾンデを用いた上層気象の同時観測を実施し，季節による傾向を比較した。それによって，気象観測ドローンの環境アセスメントにおける上層気象観測への活用の検討を行った。
2．‌試験の概要
2.1‌試験手法2022 年 10 月 か ら 2023 年 7 月 ま で の 4 季（秋 季：2022 年 10 月，冬季：2023 年 1 月，春季：5 月，夏季：7 月）における日中（秋季及び冬季：9～15 時，春季及び 夏 季：6～18 時）に，3 時 間 に 1 回 の 間 隔 で， 各 季

図114使用した気象観測ドローン（R-SWM）の外観



環境と測定技術／Vol.51 No.5 2024

シェルタの下部にファンを設置することで，強制通風に準偏差は，季節間で大きな差はみられなかった（表 1）。

よる温度測定を行った。また，気象観測ドローン自体が福池ら（2020）の報告は，気温の相関係数は 0.90～

日射により熱を持つことを避けるため，機体上部をアル0.93，差の標準偏差は 0.66～1.27℃であったが，本稿でミテープで覆った。

は，より強い相関が認められ，測定値の差のばらつきがGPS ゾンデは明星電気社製の iMS-100 を使用した。

小さいことが示された。これは，主に温度計を設置してGPS ゾンデには GPS 受信機及び温度計，湿度計，無線いるシェルタ下部にファンを設置し，強制通風を行った送信機が内蔵されており，風速及び風向は GPS 位置情効果だと考えられる。
50 m 毎の高度における各季の平均気温をみると，す報により算出される。

べての季節で，気象観測ドローンと GPS ゾンデの間に3．‌気象観測ドローンと GPS ゾンデの観測結果の比較

は約 0.6℃の差がみられたが，鉛直分布は同様の変動を3.1 気‌ 温示した（図 3）。

5 m 毎の高度における全季の気温について，気象観測日射の影響によりドローンの機体温度が上昇する夏ドローンと GPS ゾンデの間には強い相関がみられ，気季，機体温度と気温の差が大きい冬季は，機体温度によ象観測ドローンによる測定結果は GPS ゾンデより約り温度計が高温になり，高度の上昇に伴う気温の変化を0.8℃高い値であった（図 2）。各季で比較すると，気温捉えることができない懸念がある。これに対して，岸田の相関係数はすべての季節で 0.99 以上であり，差の標ら（2022）の報告では，温度測定を強制通風に変更後，気象観測ドローンと GPS ゾンデの気温の測定結果はほぼ一致したことが示されている 3）。本稿においても，夏季及び冬季を含むすべての季節で，気象観測ドローンはGPS ゾンデと同様の変動を示した。

表1

図2

5 m 毎の高度における気温の散布図（全季）図3

気温の相関係数と差の標準偏差季節

相関係数

気温の差の標準偏差

秋季

0.997

0.29℃

冬季

0.992

0.44℃

春季

0.997

0.33℃

夏季

0.993

0.44℃

全季

0.999

0.40℃

各高度における各季の平均気温の鉛直分布15

環境と測定技術／Vol.51 No.5 2024

3.2 逆‌ 転層の把握

3.3‌風速及び風向

環境アセスメントでは，逆転層が発生した際の汚染物

5 m 毎の高度における全季の風速は，気象観測ドロー

質拡散の影響予測のため，逆転層の把握が重要であるこンと GPS ゾンデの間で相関がみられたものの，ばらつとから，気象観測ドローンと GPS ゾンデで観測されたきが大きい結果であった（図 5）。各季で比較すると，逆転層を集計した。GPS ゾンデによって観測された 6

風速の相関は春季が最も強く，差の標準偏差について回の逆転層のうち，5 回は気象観測ドローンでも同様には，冬季が最も大きい値であった（表 3）。

観測ができたが，1 回は観測ができなかった（表 2）。一

50 m 毎の高度における各季の平均風速の鉛直分布を例として，気象観測ドローンと GPS ゾンデの両方で逆みると，風速の値に差はみられるが，すべての季節で，転層が観測されたときの気温の鉛直分布を示す（図 4）。

気象観測ドローンは GPS ゾンデと類似した変動を示し気温の値に差はみられるが，高度 300～400 m で発生した（図 6）。しかし，各季の平均ではなく，各回の鉛直た気温の上昇を GPS ゾンデと同様に，気象観測ドロー分布を個別に比較したとき，異なる変動を示した回が複ンでも捉えることができていた。他の 4 回についても，数存在したため，一例を示す（図 7）。高度 150 m 以上

気象観測ドローンは GPS ゾンデと同様の傾向を示したで GPS ゾンデは 2～3 m/s 程度の風速であるが，気象観ことが確認された。

測ドローンは 6～9 m/s の風速が観測された。
50 m 毎の高度における各季の風向のベクトル平均の鉛直分布をみると，春季を除いたすべての季節で，気象観測ドローンは GPS ゾンデと同様の風向を示した（図 8）。

表2

春季については，高度 200 m で GPS ゾンデは西寄りの逆転層の出現状況

気象観測ドローン

風向であるが，気象観測ドローンは南東寄りの風向であGPS ゾンデ

分類

度数

頻度（%）

度数

頻度（%）

逆転なし

4990.74888.9

上層逆転

35.6

35.6

下層逆転

11.9

11.9

全層逆転

11.9

11.9

二段逆転

00.0

11.9

合計

54100.054100.0

る等，一部の高度で大きく異なる風向を示した（図 8）。

注 1）逆転層区分高度を 300 m として集計を行った。
注 2）上空との気温差が 0.1℃以上，かつ層厚が 100 m 以上で観測されたものを逆転とした。

図55 m 毎の高度における風速の散布図（全季）
表3

風速の風速の差の相関係数

標準偏差（m/s）

秋季

0.636

2.20

冬季

0.743

2.33

春季

0.851

1.65

夏季

0.755

1.67

全季

0.758

1.98

季節

図4

逆転層観測時の気温の鉛直分布の一例

16

風速の相関係数と差の標準偏差



環境と測定技術／Vol.51 No.5 2024

高度 300 m における各季の最多風向及び平均風速をみると，春季を除いたすべての季節で，気象観測ドロー
ンは GPS ゾンデと類似した方位の最多風向を示したが，最多風向の出現率は差がみられ，平均風速は約 2 m/sの差がみられた（表 4）
。

図7

図6

図8

異なる風速の変動を示した一例

各高度における各季の平均風速の鉛直分布

各高度における各季の平均風向（ベクトル平均）の鉛直分布17

環境と測定技術／Vol.51 No.5 2024

表4

高度 300 m の各季の最多風向と平均風速

気象観測ドローン

GPS ゾンデ

最多風向の平均風速

出現率（%）

（m/s）

NW

50.0

4.6

冬季

NW

33.3

春季

SE夏季
全季

最多風向の平均風速

出現率（%）

（m/s）

NW

25.0

2.1

5.3

NW

25.0

3.1

25.0

5.3

WNW

25.0

3.6

NW

38.9

3.9

NW

27.8

2.3

NW

35.2

4.6

NW

20.4

2.7

季節

最多風向

秋季

最多風向

表53.4 風‌ 向相関及び風のベクトル相関

風向相関と風のベクトル相関4）「窒素酸化物総量規制マニュアル［新版］」 に基づいた計算式により，風向差を用いた風向相関及び風のベク

季節

ト ル 相 関 を 算 出 し た。 す べ て の 季 節 で， 風 向 相 関 は0.708～0.827，風のベクトル相関は 0.837～0.920 であり，風向の 2 方位以内の一致率は 62.7～76.4% であった（表5）。本稿では，気象観測ドローンと GPS ゾンデの風のベ ク ト ル の 間 に は， 強 い 相 関 が み ら れ た が， 福 池 ら（2020）の報告（0.971～0.981）よりも低い値であり，風向 の 2 方 位 以 内 の 一 致 率 も 福 池 ら（2020）の 報 告

風向相関

※1）

風のベクトル
相関 ※1）

2 方位以内の風向一致率
（%）

秋季

0.812

0.916

75.6

冬季

0.708

0.901

65.0

春季

0.827

0.920

76.4

夏季

0.716

0.837

62.7

全季

0.763

0.894

69.1

※1）
「窒素酸化物総量規制マニュアル［新版］」に基づいて算出した。

（91.3～96.2%）よりも低い値であった。
本稿の比較試験を実施した場所は，標高 400 m 程度であり，気象観測ドローンの飛行地点と GPS ゾンデの4．‌まとめ飛揚地点が河川を挟んで 500 m 以上離れていた。また，周囲は標高 1,000 m 程度の山に囲まれた地点であったこ

本稿では，4 季（計 54 回）にわたって，気象観測ドとから，周囲の地形の影響により，気象観測ドローンとローンと GPS ゾンデを用いた上層の気象状況の同時観

GPS ゾンデで異なる風が観測された可能性が考えられ測を行った。また，得られた気象データの比較を行うこる。とで，気象観測ドローンによる上層気象観測の季節によ

さらに，本稿の比較試験はすべての回で，ほぼ同時刻る傾向を確認した。に観測を開始したが，気象観測ドローンと GPS ゾンデ

本稿では，気象観測ドローンで観測された気温の最高で上昇速度が異なるため，同時に観測を開始したとして値は 34.8℃，最低値は－3.3℃であり，風速の最高値はも高度 500 m に到達した際には，少なくとも 2 分以上12.5 m/s であった。高気温下，低気温下，一時的に 10のずれが生じていた。また，気象観測ドローンは飛行地m/s を超える強風時であっても異常なく観測を終える

点の上空へ垂直に上昇して観測が行われたが，GPS ゾことができた。

ンデは常に数 m/s の風に流されながら観測が行われた。

気温について，すべての季節で，気象観測ドローンは鉛直方向や水平方向の観測時間のずれが生じたことかGPS ゾンデよりもやや高い値であったが，両者の間にら，同一の気層，風況を同時刻に観測できていない回がは強い相関がみられた。また，温度の計測方法の改善等存在した可能性等も考えられる。

により，両者の測定差のばらつきが小さい結果が得られた。逆転層については，GPS ゾンデで観測された 6 回の逆転層のうち，5 回を気象観測ドローンでも同様に観測することができた。本稿では，4 季の比較を行ったところ，季節による違いはみられず，GPS ゾンデと類似18



環境と測定技術／Vol.51 No.5 2024

した結果が得られることが示された。よって，気温につを使い分けることで，GPS ゾンデが持つ課題を低減すいて，環境アセスメントにおける上層気象観測の調査手ることができると考える。

法として，気象観測ドローンを活用することは可能であ

今後は，本稿の風速及び風向について，異なる変動をると考える。

示した回について精査が必要である。また，地形の影響風速及び風向について，4 季の比較を行ったところ，を受けにくい地域において，GPS ゾンデと同じ地点で，風のベクトル相関は，すべての季節で気象観測ドローン

気象観測ドローンと GPS ゾンデによる 4 季の上層気象と GPS ゾンデの間には強い相関がみられた。風向のベ観測の比較を行っていきたい。

クトル平均は，春季を除いて両者で類似した結果が得られた。しかし，気象観測ドローンと GPS ゾンデの風速〈参考文献〉には約 2 m/s の差がみられ，異なる風速または風向の1）‌一般社団法人日本環境アセスメント協会，環境アセ鉛直分布を示した回が確認された。要因として，地形のスメント技術ガイド影響等が考えられ，結果の精査が求められる。

境・環境負荷，2017．

大気環境・水環境・土壌環

本稿では，風速及び風向は課題が残されたが，気温は2）‌福池ら，ドローンを活用した上層気象調査及び大気すべての季節で，気象観測ドローンと GPS ゾンデで類

汚 染 調 査 の 検 証， 環 境 と 測 定 技 術，Vol. 47, No. 4,18-24, 2020．

似した結果が得られた。よって，気象観測ドローンは環
境アセスメントにおける上層気象観測の調査手法とし

3）‌岸田ら，気象観測 UAV，ラジオゾンデによる高層て，GPS ゾンデの代替になり得る可能性が示唆された。

気象の同時観測，日本風工学会年次研究発表会・梗

また，短い観測期間ではあるが，1,000 m を超える高高概集，85-86, 2022．

度飛行や，夜間飛行により気象データを観測した例もいくつか存在する

4）‌公害研究対策センター，窒素酸化物総量規制マニュ2）, 3）。上層気象観測の調査手法に気象観アル［新版］，2000．

測ドローンを活用し，気象観測ドローンと GPS ゾンデ

■執筆者
坂間将純
ムラタ計測器サービス株式会社〒245-0052

環境部

神奈川県横浜市戸塚区秋葉町 15 番

TEL：045-812-6411
E-mail：sakama1214@murata-s.co.jp

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