平成24年度

冬期道路における路面温度と舗装温度に関する研究（独）土木研究所（独）土木研究所（独）土木研究所

寒地土木研究所
寒地土木研究所
寒地土木研究所

寒地交通チーム
寒地交通チーム
寒地交通チーム

○川端藤本
高橋優一
明宏
尚人

冬期道路管理を適切に行う上で、気象情報、道路テレメータデータが活用されているが、道路テレメータの路面温度センサは舗装に埋設されているため、その観測値（舗装温度）は気象条件や道路雪氷状態によって、路面温度と乖離が生じる場合がある。本報では、苫小牧寒地試
験道路において野外観測を行い、路面状態別の路面温度と舗装温度（深さ５ｃｍ）の関係について得られた知見を報告する。
キーワード：除雪・防雪、冬期路面管理、路面状態、路面温度

1. はじめに表-1 野外観測条件

観測期間
模擬路面
備考
積雪寒冷地では、除雪や凍結防止剤散布等による冬期
1月20日1)、2)路面管理を行っている。冬期路面管理を適切に行う～
氷膜路面
厚さには、気象情報、道路テレメータデータおよび現況確認1月22日
0.8～1.0mm
1月26日から、より正確な路面状態および路面温度を把握するこ～乾燥路面とが重要となる。しかしながら、道路テレメータは、舗
2月5日
装に埋設されている温度センサで観測した舗装温度を表
2月16日～
圧雪路面厚さ示するため、気象条件や道路雪氷状態によっては舗装温
2月22日
10cm3)度と路面温度に乖離が生じる場合がある。秋元ら は、
3月9日
～
湿潤路面
一般国道 5 号（KP=273.6～273.9）において、冬期の気象
3月10日
観測および舗装温度鉛直分布の観測を実施した。その結果、道路構造や気象条件によっては深さ 5mm と 150mmの舗装温度に大きな差異があることを示し、正確な路面試験道路で行われた。試験道路は水平で平坦な密粒度ア温度を観測するという観点から、路面温度センサの設置スファルト舗装（13F）であり、舗装表層厚は3cmであ深度は浅いほど望ましいことを報告した。
る。本観測では、試験道路上に氷膜、乾燥、圧雪およびこのように、道路テレメータから得られる舗装温度は湿潤の4種の模擬路面を作製し、舗装温度および路面温必ずしも路面温度と一致しないといった報告はあるもの度の観測を実施した。また、試験期間には気象観測を併の、様々な雪氷性状を呈する冬期道路において、両者のせて実施した。表-1に、野外観測条件を示す。
関係は十分に定量化されていない。
気象観測は、写真-1に示すように試験道路の路側帯にそこで本研究では、苫小牧寒地試験道路において乾燥、 設置した気象ポール（高さ3m）に、日射計、風速計及湿潤、氷膜及び圧雪状態を模した路面（以下、模擬路面
び気温計を取り付けて行った。日射計及び風速計は地上と記す）を対象に野外観測を実施した結果、冬期道路にから高さ3mの位置に、気温計は地上から高さ2mの位置
おける路面温度と舗装温度（深さ 5cm）の関係についてにそれぞれ取り付けた。表-2に気象観測の概要を示す。
新たな知見を得たので、ここに報告する。
舗装温度（以下、Tpと記す）は、試験道路の外側線から2m、路面から5cmの深さに埋設された熱電対を用いて測定した。氷膜、乾燥、圧雪および湿潤路面の表面温
2．野外観測の概要
度（以下、Trsと記す）は、路面から50cmの高さに設置
野外観測は、平成24年1月20日から平成24年3月10日ました放射温度計を用いて測定した。なお、これらの観測での間の21日間に亘り、当研究所が保有する苫小牧寒地データは、10分毎にデータロガーに自動で記録された。

Yuichi Kawabata, Akihiro Fujimoto, Naoto Takahashi以下に、模擬路面の作製方法について述べる。氷膜路面は、平成24年1月20日の午前中に散水を行い、気温の低下を利用して自然に氷結させて作製した（写真-2左）。
氷膜厚さは0.8～1.0mmである。乾燥路面では、平成24年1月26日の午前中に路面清掃車および人力により路面の清掃を行い、ゴミや水溜まり等が無いように努めた。圧
雪路面は、平成24年2月16日の午前中にトラクタショベ
ルにて雪を集積し、タイヤローラにて締め固めて作製した。圧雪厚さは約10cmとした（写真-2中）。湿潤路面は、平成24年3月9日の午前中に人力により散水を行い、作製した（写真-2右）。

日射計

気温計

放射温度計

風速計
熱電対
写真-1 観測機器設置状況

3. 野外観測の結果(1) 気象図-1は、観測期間中の日射量と平均風速の経時変化である。なお、気温の経時変化は図-2に示す。
日射量の日最大値は、曇りであった1月22日及び2月1日を除けば、概ね500～800W/m2の間にあった。平均風速
は、日中に強くなる傾向が観られた。日最大値は、大半が4.0m/s以下であったが、1月22日、2月17日、2月21日は、6.0～8.0m/sを観測した。気温は、氷膜路面の観測期間中（1月22日）に、僅かに0℃を上回ったが、それ以外は

表-2 気象観測の概要

観測項目

使用機器

備考

日射量

日射計

風速

風速計

測定範囲： 0～50m/s

気温

気温計

測定範囲： -50～+50℃

舗装温度

熱電対

埋設深度： 5cm

路面温度

放射温度計

測定範囲： -25～+25℃

写真-2 模擬路面作製状況（左：氷膜路面、中：圧雪路面、右：湿潤路面）

8.0

600

6.0

400

4.0

200

2.0

0
1/20
2012

0.0
1/21

1/22

1/23 1/26

1/27

1/28

1/29 2/1

日射量（W/m2）

圧雪路面

2/2

2/3

2/4

8.0

600

6.0

400

4.0

200

2.0

2/17

2/18

2/19

2/20

2/6

湿潤路面

800

0
2/16

2/5

平均風速（m/s）

乾燥路面

2/21

2/22

2/23 3/9

3/10

図-1 日射量と平均風速の経時変化

Yuichi Kawabata, Akihiro Fujimoto, Naoto Takahashi

0.03/11

平均風速（m/s）

日射量（W/m2）

氷膜路面
800

日射量
平均風速

路面温度、Trs

舗装温度（5㎝深）、Tp
氷膜路面気温

乾燥路面

30

温度（℃）

20
100-10-20-30
1/20

1/21

1/22

1/23 1/26

1/27

1/28

1/29 2/1

2/2

2/3

2/4

2/5

2/6

湿潤路面

圧雪路面
30

温度（℃）

20
100-10-20
-30
2/15

2/16

2/17

2/18

2/19

2/20

2/21

2/22

2/23

3/9

3/10

3/11

図-2 舗装温度（5cm深）、路面温度および気温の経時変化
氷膜路面
線形 (氷膜路面)

殆ど氷点下であった。乾燥路面の観測（1月26日～1月28日、2月1日、2月3日～2月4日）および圧雪路面の観測（2月17日、2月19日）に、-20℃を下回るような厳しい冷え込みがあった。湿潤路面の観測（3月9日～3月10日）
では、夜間に気温が氷点下になったことから、路面は凍結したと推測される。

湿潤路面
線形 (湿潤路面)

20.0

Trs = 1.1934Tp - 2.1107
R² = 0.923

Ｔｒｓ（℃）

10.00.0

Trs = 0.9906Tp - 0.7007
R² = 0.758
Trs = 1.1769Tp - 1.0197
R² = 0.9175

-10.0

-20.0
-20.0

-10.00.0
Ｔｐ（℃）

10.0

20.0(a) 氷膜路面、乾燥路面、湿潤路面
圧雪路面
線形 (圧雪路面)

20.0

10.0

Ｔｒｓ（℃）(2) 舗装温度および路面温度
図-2 は、上段左から氷膜路面、乾燥路面、下段左から圧雪路面、湿潤路面における舗装温度および路面温度の経時変化を示す。すべての観測条件で、Tp および Trsは、概ね気温に伴うように変化し、日中に Tp＜Trs、夜間に Tp＞Trs の傾向が観られた。
氷膜路面の観測（1 月 20 日～1 月 22 日）では、Trs は、Tp より夜間に最大で 4℃程度低い。乾燥路面の観測（1月 26 日～2 月 5 日）では、Trs は日中に日最大値を示した後に急激に低下し、Tp を下回った。夜間における Trsは、Tp より最大で 6℃程度低い。圧雪路面の観測（2 月16 日～2 月 22 日）では、Trs は-20～0℃の間で変動したのに対し、Tp は-10～0℃の間で変動しており、気象の変化に対する反応は Trs と比較して Tp の方が明らかに鈍い。湿潤路面の観測（3 月 9 日～3 月 10 日）では、Trsは、Tp を日中に 6～8℃程度上回り、夜間に 2～4℃程度下回った。

乾燥路面
線形 (乾燥路面)0.0
Trs = 1.1086Tp - 6.1016
R² = 0.3453-10.04．考察
ここでは、夜間における4種の模擬路面のTpとTrsの関係について考察する。
図-3はTpとTrsの関係である。同図(a)に氷膜、乾燥および湿潤路面の結果を、同図(b)に圧雪路面の結果をそYuichi Kawabata, Akihiro Fujimoto, Naoto Takahashi-20.0-20-100Ｔｐ（℃）

10(b) 圧雪路面
図-3 舗装温度（5cm深）と路面温度の関係

20氷膜路面：Trs=1.18Tp-1.02
乾燥路面：Trs=0.99Tp-0.70
湿潤路面：Trs=1.19Tp-2.111510
温度差DT（Tp－Trs）

れぞれ示す。試験データは十分ではないものの、氷膜、乾燥および湿潤路面におけるTrsとTpはいずれも比例関係にあり、以下の式で表される。

2で表される。しかしながら、R は0.35であり、相関性は低い。
図-4は、氷膜、乾燥、圧雪および湿潤路面におけるTpとTrsの差、ΔT（Tp-Trs）を箱ひげ図で示す。箱ひげ図の見方について述べる。箱の下端は、全観測データの第1四分位（25%）を、上端は第3四分位（75%）を、箱の中の水平線は、中央値（ΔT中央値）を示す。箱から上下に延びるひげの上下端は、箱の高さの1.5倍以内にある最大値あるいは最小値までの距離をそれぞれ示す。最大値以上あるいは最小値以下は、外れ値として、「○」で示す。
ΔT中央値は、氷膜、乾燥、圧雪および湿潤路面でそれぞれ1.5℃、3.8℃、8.3℃および1.8℃であり、圧雪路面が他の模擬路面と比べて高い値を示した。箱の高さ及びひげの長さも、圧雪路面が最も大きく、圧雪路面のΔTが広く分布したことが判る。

5．まとめと今後の課題
本研究では、冬期道路における路面温度と舗装温度の関係を調べるため、苫小牧寒地試験道路において、4種の模擬路面を作製して野外観測を行った。観測の結果、限られた条件及び期間であったものの、冬期道路における路面温度と舗装温度の関係に明確な差異があることを示した。中でも、圧雪路面においては、夜間における路面温度と舗装温度の差が顕著に現れており、路面温度は

0-5

上記の関係式の決定係数R2は氷膜、乾燥および湿潤路面でそれぞれ0.92、0.76および0.92であり、氷膜、乾燥および湿潤路面ではTpとTrsの間に良好な相関関係が認められる。一方、圧雪路面におけるTrsとTpの関係は、
圧雪路面：Trs=1.11Tp-6.10

5-10
1
氷膜路面

2
乾燥路面

3
圧雪路面

4
湿潤路面

図-4 舗装温度（5cm深）と路面温度の差（ΔT）

舗装温度よりも大きく低下することが判った。これは、今回観測を実施した苫小牧寒地試験道路では、舗装温度を観測する熱電対が舗装表面から5cmの深さに埋設されており、厚さ10cmの圧雪層を含めると、熱電対の深さが圧雪表面から15cmにもなること、圧雪路面が断熱材のような役割を果たし、日射量の有無に係わらず舗装温度の上昇および下降が緩やかに推移したこと、が要因と推察される。これより、夜間に道路テレメータが表示する舗装温度は、実際の路面温度よりも高く示されると推察される。
冬期路面管理、特に凍結防止剤等の散布作業を行うにあたっては、舗装温度よりも路面温度を把握することが重要である。既設の道路テレメータ（舗装温度）で適切な冬期路面管理を行うためには、舗装温度と路面温度の定量的な関係式の構築が望まれる。本研究では、圧雪厚さ約10cmのみを対象としたが、今後は、様々な圧雪厚さや気象条件下での路面温度観測を継続し、更なるデータの蓄積を行う所存である。
参考文献
1)

2)
3)

Yuichi Kawabata, Akihiro Fujimoto, Naoto Takahashi

北海道開発局：冬期路面管理マニュアル（案）、平成 9年 11月
社団法人日本建設機械化協会：除雪・防雪ハンドブック（除雪編）、平成 15 年
秋元清寿、舟橋誠、徳永ロベルト、高橋尚人、浅野基樹：気象の時間変動と道路構造別冬期路面温度特性に関する研究、北海道の雪氷 No.24（平成 15 年）、62-65