博士（理学）森修一

学位論文題名
Studies on Low Altit
ude Wind She
ar AffectingAircraん（航空機に影響を与える低高度ウインドシアに関する研究）

学 位 論 文 内 容 の 要旨

LAWS (Low Altitude Wind Shear)は，離着 陸時の 航空機に 重大な影 響を与える現象である ことが 知られて いる．マイクロバースト等，発達した積乱雲に伴って生じるL
A
W
Sに関する研究は数多くあるが，山岳などの空港周辺地形と局地的な強風の組み合せにより形成さ れると 言われる LAW
Sにっいては，その危険度が過小評価されており，関係する研究も極端に少ない．この研究では，南北方向に開けた北上盆地内に位置する花巻空港を対象とし ，当該 空港を離 着陸する定期航空便パイロットから提出されたLAWS遭遇報告の集計，地上風データの統計的な解析，飛行記録装置(DF
DR： DigitalFlightDataRecorder)
記録データの解析，ドップラー・ソーダー（音波レーダー）観測等を行い，山越え気流に伴うLAW
Sの特性を明らかにしたものである．
パイ ロットか らのLA
WS
遭遇報告および地上風観測データの統計的解析から，この種のLAWS
では航空機の進入方向に対して横風となる西寄りの風向であること，および大きな風向変動の存在が危険であることが判明した，また，地上風の乱流特性には空港周辺の地形特性に対応した風向による明瞭な差異が現れており，西寄りの風向の場合には他の風向と比較して著しく乱れの大きな状態にあることが確認された．花巻空港の西側には標高1000〜1500mの奥羽山脈があり，空港上空における西風は山越え気流の特性を持っことが明らかとなった．
離着陸中の航空機が乱流の中で受け得る対気速度変化量の指標として，風向変動による影響も考慮する必要があると考えられ，水平風速の2次元的な標準偏差であるWinclS
hearIndex (WSI)
を 新 たに定 義し，LAWSとの対応 にっい て検討し た．その 結果， 地上風統
計 から ， WSI≧ 5m/sに お いて 約 90
％ の 航 空機 が 強 度Moderate以上 の LA
WSに遭遇し ていることが判明するなど，他の一般的な乱流統計量と比較してWSIの有用性が示された．
Seve
reI」 A
WSに 遭遇 し た 航空 機 の D
FDRデー タ解析 から，LAWSは 航空機 の飛行性 能ヘ著し く大き な影響を 与えていることが明らかになった．D
FDR
データから計算した風の鉛直プ ロファ イルおよ び時間 変動特性 による と，高度1000m
以下に存在する乱れの大きな西風 の中に おいて， 高度200m以下の薄い層内で短時間に70゜に達する大きな風向変動がSevereLAWSの直接原因となることが確認された．
また ，ドップ ラー・ソ ーダー 観測結果 から， LAWSの形成過程は次の3タイプに識別されるこ とが分 かった． タイプ I
はお ろし風前 線に伴うLAWSである．境界層上部の西風に含まれ る乱流 状態(WSI=二3〜5m/s)が おろし 風前線を形成しながら下降し，この前線が地表に 達して から数時 間にわ たりMo
derate LAWSが発生 した． タイプnは境界層下部の強い乱 流内に おけるLAWSである，強い乱流状態(WSI
ニニニ4〜7m/s)を持つ西風が境界層中・下 部に存 在し，頻 繁にMo
derate LAWSが発 生する．また，低気圧性のメソスケールの渦が 通過し たと考え られる 断続的な 強風核 が現れ， この通過 前後の 30〜60分以内にSevere LAWSが発生し た．タ イプmは持ち 上げ気流 に伴うI，AWSである ．境界層中・下一 169一

部に存在した暖かい西風が，日没後に形成される斜面冷気流によって強制的に境界層上部まで持ち上げられる．しかし，この持ち上げ気流が発達する時間帯には現時点では航空機の離 着陸 がな いた め， LAW
Sの 強度は不明で ある．特に航空機の離着陸時に問題となるMo
clerate LAWS
あ るい は S
evere LA
WSが発 生す るタ イ プIおよびタイプ Uの形成には、境界 層上部にお いて山越え気流となる西風の存在，強いWSIのピークが上空から下部境界層に下降するプ口セス，地表付近にお ける下降流の存在，の3要素が重要であることが明らかになった．
単 純な モデ ル計 算に よ ルタ イプIおよびタイプnのLAW
Sを模擬形成し，航空機の対気速度および揚カに与える影響を評価した ．その結果，タイプI
では水平風速変動と同じスケールの鉛直流が存在するため，水平風速変動による対気速度の変化傾向に関わらず，鉛直流の方向および大きさによって航空機の揚力変化傾向がほぼ決定される．一方、タイプnでは鉛直流 の大きさは水平風速変動より1オーダー小さく，航空機の揚力変化傾向はほぼ水平風速の変動に対応している．ただし，同程度の水平風速変動を受けていても低高度にお ける 鉛直 流の 方向 お よび 大きさによっ て揚力増減率が10％以上変化し，LAWS
強度の決定に重要な役割を果たしていること が分かった．
ド ップ ラー ・ソ ーダ ー 観測 で確 認さ れた S
evere LAW
Sに っいて，典型的なマイクロパ ース トに 伴う LA
WSとの 比 較を 行っ た． 一般 に， 山越 え気 流に 伴う LA
WSは極 端に 強い地上水平風速が現れなぃため，航空機 運航に対する危険性がマイクロバーストに伴うLAWSに比 較し て過 小評 価 され てい るI．し かし ，今 回 観測 されたLAW
Sの平均像は，風速変化量，風速変化率，風速変化継続時間それぞれにっいてマイクロバーストに伴うL
A
WSの平均像とほぼ同様であり，離着陸中の航空機に対して等しく重大な影響を与える強度を持っていることが確認された．
最後に，航空機の安全な離着陸に資するためには，ドップラー・ソーダーや境界層レーダー による境界 層の常時モニターを行い，リアルタイムの風データから M
oderate LAWS
ある いは Severe LAW
Sを 形成 する WSI
ピーク および鉛直流の変化傾向を検知することが有効であると考えられる，‑ 170―

学位論文審査の要旨

主査 教授 菊地 勝 弘
副査 教
授 金成 誠 一
副査 助 教授 上田博
副査 講師 遊馬 芳 雄

学位論文題名
Studies on Low Altitude Wind Shear AffectingAircra比（航空機に影響を与える低高度ウインドシアに関する研究）

低 高 度ウ イ ンド シ ア (Low Altitude WindShear； LAWS)は ， 離着陸 時の航空 機に重大 な 影響 を 与 える 現 象 とし て 最近 注目され ている． 本論文は ，奥羽山脈 と北上高
地 に 挟 ま れ た花 巻 空港 を 対 象と し て ，パ イ ロッ ト に よる LAWS報 告， 飛 行 記録 装 置(DFDR)の デ ー 夕解 析 ，ド ッ プ ラー ソ ー ダー 観 測等 に よ り， 空 港周 辺 の LAWSの特 性を明らか にしたも のである．
本 論 文 は 8章 か ら 構 成 さ れ て い る ． 第 1章 は 序 文 で あ り ， LAWSの 現 状 と 花 巻空港 を 選 定 し た 理 由 を 述 べ て い る ， 第 2章 で は， LAWSが 航 空機 に 与え る 影 響を 検 討
し ， 風 速 と 風 向 の 変 動 を 考 慮 し た Wind Shear Index (WSI)を 新 た に 定 義 し た ．
第 3章 で は パ イ ロ ッ ト の LAWS遭 遇 報 告 と 地 上風 の 解 析結 果 から ， 滑 走路 に 対して 横 風 と な る 西 風 の 時 に 強 い LAWSが 発 生 し て Iお り ， 特 に ， WSI≧ 5m/sの 時 に は
約 90％ の 航 空 機 が 強度 Moderate以 上の LAWSに 遭遇 し て いる こ とが 明 ら かに な り ，
一 般 的 な 乱 流 統 計 量 と 比 較 し て WSIの 有 用 性 が 示 さ れ た ． 第 4章 は 総 観 気 象 解 析か ら ， Severe LAWS発 生 時 に は 奥 羽 山 脈 か ら の お ろし 風 が 発達 す る大 気 状 況で ある こ と を 明 らか に した ． ま た， SevereLAWS発 生 時 には ， 空 港気 象 デー タ に おろ し風の 特 徴が 現 れ てい る こ と｜ そ して ， WSI=4〜 7m/sの乱 れ の 大き な状態 であること
を 指 摘 し た ， 第 5章 で は ， SevereLAWSに 遭 遇 し た 航 空 機 に 搭 載 さ れ て い る 飛 行記 録 装 置 (DFDR)の デ ー タ を 解 析 し ， 地 上 200m以下 の f氏 高 度で 短 時間 に 土 70゜ にも達 す る大 き な 風向 変 動 のあ る ニと を 指 摘し ， これ が Severe LAWSの直接 原因であることを 明らかに した，第 6章で は空港敷地 内に設置 して行っ たドップ ラ←一ソ ーダーー 観測から， LAWSの形成過程 は，3種に 大別される ことをI明らかにした，すなわち，タイブIでは，おろし
風 前 線 に f 1！ う LAWSで ， こ の 前 線 が 地 表 に 到 達 し て か ら 数 時 ‖ り に わ た り，ModerateLAWSが 発 生 し た ， タ イ ブ IIま 境 界 層 下 嗣 5の 恤 い 乱 流 内 の LAWSで ，こ の よ う な 状況 下 では 頻 繁 にModerateLAWSが ， さら に ， メソ ス ケ‥ ル の 渦の 通 過
前後 に はSevereLAWSが 発 生し た ，タ イ プ IIIは 持 ち． ． I二 げ 気流に 伴うLAWSの発― 171 ‑生で ある． これ らの 観測 から， Moderate又は SevereLAWSが発生するタイプIおよびIIの形成には，境界層上部における西風の存在，強いWSIのビークが下部境界層に下降するプロセス，地表付近における下降流の存在が重要であることが明らかに なった ．第 7章ではモデル計算により，タイプIおよびIIのLAWSが航空機に対し て，ど の様 な影響を与えるかを評価した．更に本研究で観測されたSevereLAWSとマイクロバーストによるLAWSとを比較した結果，離着陸中の航空機に対しては，両者はほゞ同等の危険因子を有することが確認された．第8章は結論である．
このように，著者は離着陸時の航空機に影響を与える空港周辺の境界層内でのLAWSを，新 たに 定義 した WSIを使 ってDFDRと の記 録を対照させ，さらにドップラーソーダーによる観測から，LAWSの構造やその特徴を明らかにした点は，メソ気象 学， 航 空 気象学 の分野 に貢献 すると ころ大 なるもの がある ．
よって著者は北海道大学博士（理学）の学位を授与される資格あるものと認める．