博 士（ 環境 科学 ）清水健作
学位 論 文題 名Precise sonde observations of the atmospher
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temperature profile: Development ofatemperaturereferencesondew
ith theanalysisof testflig
ht data（ 鉛 直気 温 分 布の 精 密ゾ ン デ 観測〜 温 度基 準 ゾ ンデ の 開 発と 試験観測 データの 解析〜）

学 位論文内容の要旨

気 候 監況 を は じめ 地 球 環 境の 理 解 にと っ て 高層 気 象 観測 は 重 要な役 割を担っ ているが 、高度分 解 能の 高 い デー タ が 手 軽に 得 ら れるラ ジオゾン デは、 現在でも 必要不 可欠な観 測手法 の1つであ る。ラ ジオゾン デ搭載 のセンサ は、気温 40〜−90℃ 、気圧 1000〜5hPaと いう広いダイナミック レンジ をカバー しつつ、十分な精度を確保する必要カミある。近年のGPS技術を応用した気圧算 出 手法 によ り気圧デ ータにお けるバ イアスは 大きく 減少した が、温 度センサ 及ぴ湿度 センサに 関 して は、 今なお、 測定値に バイア スの存在 する事 が知られ ている 。特に温 度センサ にっいて は 、日 射に 起因する バイアス の正確 な把握が 困難で 本質的な 問題解 決がたさ れないま ま、日身嶄 甫正と いう便宜 的な経 験的手法 に依存し てきている。そのため、周囲の気温にセンサが同化す る のに 長時 間を要し 、日射の 強い成 層圏に茄 いては 、より顕 著なバ イアスが 現れる。 この事
実 は 近年 の国 際比較観 測でも日 中の温 度データ が製造 メーカ間 で有意 に異なる ことから 明らかであ る(Nashetal.
，2005)。し かしな がら、全 球的・地 域的な 気候変動 の兆候を監視・検知す
る た めに も成 層圏まで の気温を 正確に 計測する ことが できる温 度セン サは非常 に重要で あり、
高 精 度 で 信 頼 の 韜 け る 温 度 ゾ ン デ が 求 め ら れ て い る (WG一 ARO， 2008)。
本 研 究で は 、 温度 基 準 ゾ ンデ を 新 たに 開 発 した 。 こ の温 度 基 準ゾン デはかっ てロケッ トゾン
デ に 使用 され てきたタ ングステ ン線の 電気抵抗 値の温 度依存性 を利用 するもの で、その 特長は応答 時間が 短いこと である （以下、 本ゾンデ をTungstenゾンデと称する）。室内実験の結果から推 定 され る 応 答時 間 は 10hPaで 46msで あり、 これによ り日射に よるバ イアスは 0.5K以下と 見積 も られ る。 さらに、 6Hzの高速 サンプリ ングに より、従 来議論さ れてこ なかった 微細な 温度
構造 を見る ことがで きる。 プロトタ イプのTungstenゾンデに よる観 測の結果 、昼間fま正、夜間は 負 のパ ル ス 状温 度 変 動 が数 多 く 見出さ れた。そ の振幅 は高度と ともに 増大し、 昼間の 10hPa
でば7Kに 達した 。当初こ の変動 は、昼間 は短波に よる加 熱、夜間 は長波 による冷 却や気 球内部
ガ ス の断 熱冷 却により 生成され る気球 表面の温 度擾乱 がゾンデ に到達 したため であると 理解され た 。し かし 、気球直 下とゾン デとに おける1対の G
PS
位置 データを 解析し た結果、 気球に よる― 1131 ‑熱 流の影響 は二次的 で、主 要な原因 はゾン デ本体に より生 成された 熱流であ ること が明らかとな った。こ のゾンデ 本体に よる影響 はタン グステン 線の装 着法の変 更により 取り除 く事ができた 。一方、 気球に起 因する 温度変動 は吊り 紐を十分 長くす ることに より回避 できた 。しかし、
タ ングステン線の太陽放射に対する立体角に依存した変動（O．4K以下）は構造的に回避することができ橙しヽため、観預Uイ直にフイノレタを遺漏することにより除去した。これにより、Tungsten
ゾンデは鉛直温度構造の精密観測に耐えうるものとなった。
本 研 究 では 、 Tungstenゾ ンデ に よ り明 ら か にさ れた従 来の高層 気象観 測に内在 する誤 差要因に っ いて ま と め、 試 験観 測 デ ータ に より得られ た精密な 温度構造 について 議論する 。

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学位論文審査の要旨
主査

教授

長谷 部 文雄

副査

教授

山崎 孝 治

副査

教授

渡辺副査

准教 授

副査

教授

力

藤 原 正智津田 敏 隆（ 京 都大 学 生存 圏 研究 所 ）学位論文題名Precise sonde observations of the atmospherictemperature profile: Development ofatemperature
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htdata（鉛直気温分布の精密ゾンデ観測〜温度基準ゾンデの開発と試験観測データの解析〜）

高層気象観測は地球環寛・気候変動の理解や監覘に対して重要な役割を担っており、高度分解能の高いデータが容易に得られるラジオゾンデは、現在でも必要不可欠な観測手法のひとっである。ラジオゾンデ観測が手軽に実施できるとはいえ、その搭載センサには、気温+40〜ー90℃、気圧1000−‑‑5hPaという広いダイナミックレンジをカバーしつつ、高い精度が要求される。近年のGPS技術を応用した気圧導出法の進歩により、気圧データにおけるバイアスは大きく減少したが、温度センサ及ぴ湿度センサに関しては、今なお測定値に無視できないバイアスの存荏する事が知られている。温度センサにっいては日射に起因するバイアスの正確な把握が困難で、本質的栓問題解決がなされないまま、便宜的手法として日射補正に依存する状態が現在でも続いている。そのため、センサが周囲の気温に同化するのに長時間を要し強い日射に曝される成層圏において、不適切な日射補正により顕著なバイアスが現れる。
この事実は、近年の国際比較観測において日中の温度データに見出される製造メーカ間の有意差(Nash et al.，2005)からも明らかである。こうした現状と全球的・地域的な気候変動監視の重要性に鑑み、成層圏まで温度測定の可能な高精度で信頼のおけるゾンデの開発が求められている(WG一AR
O，2008)。
本葡暁では、基準ゾンデとしての使彌に耐える精度を有するラジオゾンデ搭載型の温度ゾンデを新たに開発した。このゾンデは、かつてロケットゾンデに使用されたタングステン線の電気抵抗値の温度依存陸を利用するもので、直径10umの極細線の採用により極めて短い応答時間を実現している。室内実験の結果から応答時間は10hPaで46msと評価され、これによー 1133 ‑り 見積 もら れる日射によるバイアスは、通 常のヒ昇速度の仮定の下でO．5K以下とをる。この高 応答 特陸 に6 Hzの 高速 サン プリ ング を組合せることにより、従来議 論されてこなかった微細な温度構造を観測す ることができる。
タングステンゾンデ による初期の観測の結果、昼間は正｜夜間は負のパルス 状温度変動が数多 く見 出さ れた 。そ の掘 矚は 高度 とと もに増大し、昼間の10 hPa
では 7Kに達した。この変動
は 、昼 間は 短波 放射 によ る加 熱、 夜間 は長波放射と気球内部ガスの断 熱膨張による冷却により 気球 表面 に生 成さ れる 正負 の温 度擾 乱が気球後流に乗ってゾンデに 到達したためであると
解 釈さ れた 。し かし 、気 球直 下と 15m下 に取 り付 けた 1対の ゾン デによるGPS位置データを解析 した 結果 、こ の温 度擾 乱は 気球 後流 の外側で観測されていることが 明らかとなった。さらに 、ゾ ンデ の振り子運動を2次元的に制限するために設置した平板の両 端に、センサが外を向く よう に配 置し た1対 のゾ ンデ によ る同時 観測において、2っのセンサ で交互に温度擾乱が観測 され たこ とか ら、 これ らの 温度 擾乱 はゾンデの筐体から発生する熱 流により生じていること が明 らか とな った 。こ のゾ ンデ 本体 による影響はタングステン線の 装着法の変更により取り 除く 事が でき た。 一方 、気 球後 流に 伴う温度擾乱と気球による日食 に起因する日射変動は二 次的 効果 しか 持た ず、 吊り 紐を 十分 長くすることにより回避するこ とができる。最後まで残った変動（0．4K以下）は、タングステン線の太 陽放射に対する立体角に依存した変動と角釈さ れ、 構造 的に は回 避す るこ とが でき ない。こうした変動を必要に応 じてフイルタリングする こ と に よ り 、 タ ン グ ス テ ン ゾ ン デ は 鉛 直 温 度 構 造 の 精 密観 測に 耐え う るも のと なる 。
開発されたタングス テンゾンデはImという高い高度分角罕肓旨を有するため、既存のラジオゾン デで は測 定で きな い温 度の 鉛直 微細 構造を観測することができる。 そこで、中緯度と熱帯域 の2か所 で実 施した試験観測データを用いて、鉛直温度変動に対する スペクトル解析を行つた 。そ の結 果、波長50nl程度までは過去の 観測で知られていたような波数の―3乗に比例する
ス ペク トル が得 られ たが 、そ れよ り短 波長 の 領域 では スベ クト ルに振動が現れ、30mより短波 長域 では 波数 の‑5/3乗 に比 例す る成 分が多くみられるようになった 。これが実体を伴ったも のか ノイ ズに 過ぎ ない のか を現 時点 で判別することはできないが、 今後の研究の発展が期待される。
審査委員一同は、これ らの成果を高く評価し、大学院博士課程に茄ける砌磁き 制！得単位なども あわ せ、 申請 者が 博士 （環 境科 学） の学位を受けるのに充分な資格 を有するものと判定した。

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