A radiosonde is a battery-powered telemetry instrument carried into the atmosphere usually by a weather balloon that measures various atmospheric parameters and transmits them by radio to a ground receiver. Modern radiosondes measure or calculate the following variables: altitude, pressure, temperature, relative humidity, wind (both wind speed and wind direction), cosmic ray readings at high altitude and geographical position (latitude/longitude). Radiosondes measuring ozone concentration are known as ozonesondes.[1]
Radiosondes may operate at a radio frequency of 403 MHz or 1680 MHz. A radiosonde whose position is tracked as it ascends to give wind speed and direction information is called a rawinsonde ("radar wind -sonde").[2][3] Most radiosondes have radar reflectors and are technically rawinsondes. A radiosonde that is dropped from an airplane and falls, rather than being carried by a balloon is called a dropsonde. Radiosondes are an essential source of meteorological data, and hundreds are launched all over the world daily.
History
The first flights of aerological instruments were done in the second half of the 19th century with kites and meteographs, a recording device measuring pressure and temperature that would be recovered after the experiment. This proved difficult because the kites were linked to the ground and were very difficult to manoeuvre in gusty conditions. Furthermore, the sounding was limited to low altitudes because of the link to the ground.
フランスのギュスターヴ・エルミートとジョルジュ・ブザンソンは、1892年に初めて気球を用いて気象計を飛ばしました。1898年、レオン・テセラン・ド・ボールは、トラップの力学気象観測所でこれらの気球を初めて日常的に使用するよう組織しました。これらの打ち上げデータは、季節によって変化する一定の高度までは気温が高度とともに低下し、それ以上の高度では安定することを示していました。ド・ボールによる対流圏界面と成層圏の発見は、1902年にフランス科学アカデミーで発表されました。[4]リヒャルト・アスマンやウィリアム・ヘンリー・ダインズといった他の研究者も、同時期に同様の機器を用いて研究を行っていました。
1924年、アメリカ通信部隊のウィリアム・ブレア大佐は、無線回路の温度依存性を利用し、気球からの気象観測に関する最初の原始的な実験を行いました。気象センサーから正確に符号化されたテレメトリを送信する最初の真のラジオゾンデは、フランスのロバート・ビューロによって発明されました。ビューロは「ラジオゾンデ」という名称を作り出し、1929年1月7日に最初の機器を飛行させました。[4] [5] 1年後、パベル・モルチャノフは独自に開発し、1930年1月30日にラジオゾンデを飛行させました。モルチャノフの設計は、そのシンプルさと、センサーの読み取り値をモールス信号に変換するため、特別な機器や訓練なしで簡単に使用できることから、広く普及した標準となりました。[6]
改良型モルチャノフ・ゾンデを用いて、セルゲイ・ベルノフは高高度における宇宙線の測定に初めてラジオゾンデを用いた。1935年4月1日、彼は2つのガイガーカウンターをアンチ・コインシデンス回路に組み込み、二次的な宇宙線シャワーのカウントを回避することで、高度13.6km（8.5マイル）までの測定を行った。[6] [7]これはこの分野における重要な技術となり、ベルノフはその後数年間、陸上と海上でラジオゾンデを飛行させ、地球磁場に起因する放射線の緯度依存性を測定した。
1936年、アメリカ海軍は米国規格協会（NBS）に海軍公式のラジオゾンデの開発を委託した。[8] NBSはこのプロジェクトを、以前に無線航法に取り組み、飛行機のブラインド着陸システムを発明したハリー・ダイアモンドに委託した。 [9]ダイアモンドが率いたこの組織は、最終的に（1992年に）アメリカ陸軍研究所の一部となった。1937年、ダイアモンドは、仲間のフランシス・ダンモア、ウィルバー・ヒンマン・ジュニアと共に、抵抗容量緩和発振器を用いた音声周波数副搬送波変調方式のラジオゾンデを開発した。さらに、このNBSラジオゾンデは電気センサーの使用により、当時の従来のラジオゾンデよりも高高度の温度と湿度を測定できた。[8] [10]
1938年、ダイアモンドはラジオゾンデ用地上受信機を開発し、これが海軍におけるNBSラジオゾンデの初実用化につながりました。その後1939年、ダイアモンドと彼の同僚は「リモート・ウェザー・ステーション」と呼ばれる地上設置型ラジオゾンデを開発し、遠隔地や過酷な環境下でも気象データを自動的に収集できるようになりました。[11] 1940年までに、NBSラジオゾンデ・システムには圧力駆動装置が組み込まれ、気圧の変化に応じて気温と湿度を測定できるようになりました。[8]また、大気中の雲の厚さや光度に関するデータも収集しました。[12]この改良や、コスト（約25ドル）、重量（1キログラム超）、精度などの改善により、研究目的で全米で数十万台のNBS型ラジオゾンデが製造され、この装置は米国気象局に正式に採用されました。[8] [10]
ダイアモンドは1940年にワシントン科学アカデミー工学賞を受賞し、1943年には電波気象学への貢献によりIREフェロー賞（後にハリー・ダイアモンド記念賞に改名）を受賞した。[11] [13]
1930年代に 経済的に重要な政府の気象予報サービスが拡大し、データに対する需要が高まったため、多くの国が定期的なラジオゾンデ観測プログラムを開始することになった。
1985年、ソビエト連邦のベガ計画の一環として、2機の金星探査機「ベガ1号」と「ベガ2号」がそれぞれ金星の大気圏にラジオゾンデを投下しました。ゾンデは2日間にわたって追跡されました。
衛星、航空機、地上センサーによる現代のリモートセンシングは、大気データのソースとしてますます増えていますが、これらのシステムのどれも、ラジオゾンデ観測の垂直解像度（30メートル（98フィート）以下）と高度範囲（30キロメートル（19マイル））に匹敵するものではなく、現代の気象学にとって不可欠なものとなっています。[2]
世界中で年間を通して毎日数百基のラジオゾンデが打ち上げられていますが、ラジオゾンデに起因する死亡事故は稀です。最初の例は、1943年にアメリカ合衆国で高圧線からラジオゾンデを外そうとした作業員が感電死した事件です。[14] [15] 1970年には、アエロフロート1661便のアントノフ24型機が飛行中のラジオゾンデに衝突し、制御不能に陥り、乗員・乗客45人全員が死亡しました。
操作
ヘリウムまたは水素で満たされたゴムまたはラテックス製の風船が、装置を大気圏に打ち上げます。風船が上昇する最高高度は、風船の直径と厚さによって決まります。風船のサイズは100～3,000g（3.5～105.8オンス）の範囲です。風船が大気圏を上昇するにつれて、圧力が低下し、風船が膨張します。最終的に、風船は外皮が破裂するほど膨張し、上昇を停止します。800g（28オンス）の風船は約21km（13マイル）で破裂します。[16] 破裂後、ラジオゾンデの支持線にある小さなパラシュートが地球への降下速度を遅くする場合もありますが、破裂した風船の残骸による空気抵抗と、パッケージ自体の非常に軽い重量に頼る場合もあります。典型的なラジオゾンデの飛行時間は60～90分ですフィリピンのクラーク空軍基地からのラジオゾンデ1つは高度155,092フィート（47,272メートル）に到達した。
現代のラジオゾンデは、すべての変数をリアルタイムで保存するコンピュータと無線で通信します。初期のラジオゾンデは地上から経緯儀を用いて観測され、位置から風の推定値のみを提供していました。通信部隊によるレーダーの登場により、SCR-658レーダーを用いて気球に搭載されたレーダーターゲットを追跡することが可能になりました。現代のラジオゾンデは、無線方向探知機やGPSなど、様々な手段を用いて風速と風向を測定できます。ラジオゾンデの重量は通常250g（8.8オンス）です。
ラジオゾンデは、気球で運ばれるのではなく、航空機から投下されて展開されることもあります。このように展開されるラジオゾンデはドロップゾンデと呼ばれます。
定期的なラジオゾンデの打ち上げ
ラジオゾンデ気象観測気球は、従来、湿度、気温、気圧、風速、風向などの大気のプロファイルを測定する手段として使用されてきました。[17]地上観測に加え、高層大気のモニタリングから得られる高品質で空間的・時間的に「連続的な」データは、気象状況や気候の傾向を理解し、社会の福祉のために気象・気候情報を提供するための重要な基盤となります。信頼性が高くタイムリーな情報は、極端な気象条件や変化する気候パターンに対する社会の備えを支えます。[17]
世界中には約1,300カ所のラジオゾンデ発射場があります。[18]ほとんどの国は国際協定を通じて世界各国とデータを共有しています。ほぼすべての定例ラジオゾンデの発射は、公式観測時刻であるUTC00: 00とUTC12:00の1時間前に行われ、観測時刻が約2時間の上昇期間の中心となるようにしています。[19] [20]ラジオゾンデ観測は、天気予報、悪天候の 監視と警報、そして大気研究 にとって重要です。
米国立 気象局は、92の観測所から1日2回ラジオゾンデを発射しています。うち69観測所はアメリカ合衆国本土、13観測所はアラスカ、9観測所は太平洋、1観測所はプエルトリコです。また、カリブ海諸国の10観測所の運用も支援しています。[20] 米国が運営する陸上発射場の一覧は、 1997年5月発行の連邦気象ハンドブック第3号[22]「ラウィンゾンデとピバル観測」の付録 C「米国陸上ラウィンゾンデ観測所」 [21 ]に掲載されています。
英国は、ヴァイサラRS41ラジオゾンデ[23] を1日4回（UTCの00、06、12、18の1時間前）、6か所の発射地点（南から北）から 打ち上げている。打ち上げ地点は、イングランド南西部のカンボーン（緯度、経度）=（50.218、-5.327）、南東海岸近くのハーストモンスー（50.89、0.318）、イングランド中部のワトナル（53.005、-1.25）、北アイルランドのネイ湖南東隅近くのカストル湾（54.50、-6.34）、イングランド北東部のアルベマール（55.02、-1.88）、スコットランドのシェトランド諸島のラーウィック（60.139、-1.183）である[24] [25]。
高層気象観測の用途
生の上層大気データは、数値モデルを実行するスーパーコンピュータによって日常的に処理されています。予報官は、これらのデータをSkew-T log-P図、テフィグラム、シュトゥーベ図などの熱力学図にプロットしたグラフ形式で閲覧することがよくあります。これらの図はすべて、大気の鉛直方向の気温と湿度の熱力学プロファイル、および鉛直方向の風の運動学プロファイルの解釈に役立ちます。[17]
ラジオゾンデデータは、数値天気予報において極めて重要な要素です。ゾンデは90分から120分の飛行中に数百キロメートルも漂流する可能性があるため、モデルの初期化に問題が生じるのではないかと懸念されるかもしれません。[17]しかし、成層圏のジェット気流域を除けば、おそらく局所的にはそうではないようです。 [26]この問題は、将来的には、位置を正確に制御し、漂流を補正できる気象ドローンによって解決される可能性があります。 [27]
残念なことに、異常気象や気候変動の影響に対して非常に脆弱なアフリカなどの開発途上地域では、地上および高層大気の観測が不足しています。この問題の深刻な状況は、2020年に世界気象機関[28]によって強調され、「アフリカの状況は、地上観測で最も重要なラジオゾンデの飛行回数が2015年から2020年にかけてほぼ50%劇的に減少していることを示しています。現在、報告の地理的範囲は狭くなっています」と述べています。過去20年間で、アフリカ諸国の約82%で、深刻（57%）および中程度（25%）のラジオゾンデデータギャップが発生しています。[17]この悲惨な状況により、アフリカおよび世界全体でデータギャップを早急に埋める必要があるという声が上がっています。最も脆弱な社会を抱える地球上の陸地の大部分に膨大なデータギャップが存在することから、前述の呼びかけは、今後10年間で「データギャップを埋める」こと、そして観測ネットワークのさらなる劣化を食い止めることを目指す世界的な取り組み[29]を活性化させた。
国際規制
国際電気通信連合（ITU）によると、気象支援業務（気象支援無線通信業務とも呼ばれる）は、 ITU無線通信規則（RR）第1.50条[30]に従って、 「水文を含む気象、観測および探査のために使用される無線通信業務」と定義されています。さらに、 ITU無線通信規則第1.109条[ 31] に従って、次のように定義されています
ラジオゾンデは、気象援助業務における自動無線送信機であり、通常、航空機、自由気球、凧、またはパラシュートに搭載され、気象データを送信する。各無線送信機は、恒久的または一時的に運用される無線通信業務によって分類される。
周波数割り当て
無線周波数の割り当ては、 ITU無線通信規則（2012年版）第5条に従って規定されています。 [32]
周波数利用の調和性を向上させるため、本書で規定されているサービス割り当ての大部分は、関係各国の周波数割り当て・利用表に組み込まれており、これは関係各国の行政機関の責任範囲に含まれる。割り当ては、一次割り当て、二次割り当て、専用割り当て、共用割り当てのいずれかとなる。
- 一次割り当て：大文字で書くことで示されます（以下の例を参照）
- 二次割り当て：小文字で示される
- 排他的利用または共同利用：行政の責任の範囲内
ただし、民間で使用されている帯域での軍事使用は、ITU 無線規則に準拠します。
- 周波数割り当ての例
| サービスへの配分 | ||
| 地域1 | 地域2 | 地域3 |
401-402 MHz 気象観測支援
| ||
参照
参考文献
- ^ カリン・L・グリーソン（2008年3月20日）「オゾンゾンデ」。noaa.gov 。アメリカ海洋大気庁。 2011年7月4日閲覧
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- ^ 「データギャップを埋めることで気候変動への対応が変わる」サウスチャイナ・モーニング・ポスト、2021年10月31日。
- ^ ITU無線通信規則、第IV部 無線局及びシステム – 第1.50条、定義：気象援助業務／気象援助無線通信業務
- ^ ITU無線通信規則、第IV部 無線局及びシステム – 第1.109条、定義：ラジオゾンデ
- ^ ITU無線通信規則、第2章 周波数、第5条 周波数割当、第4節 周波数割当表
外部リンク
- 世界の高層気象データ - 過去と現在
- 世界中のすべての高層気象観測所のWMOスプレッドシート
- ラジオゾンデ データのテフィグラムと Skew-T log P 図の解釈。
- 北米ラジオゾンデ博物館
- webmet.com のラジオゾンデ探測システム
- NOAA国立気象局ラジオゾンデファクトシート
- セルゲイ・ニコラエヴィッチ・ヴェルノフ
- SCR-658の写真
- 初期の写真
- 写真 - 初期型ラジオゾンデ
- 写真 - トランジスタ式ラジオゾンデ
