Microsoft Word - 41_伊藤ほか(乗鞍オゾン紫外線観測)

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1 乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した 9 年のオゾン 紫外線の観測 伊藤真人 * 高野松美 ** 小栗秀之 *** 瀧田正人 **** 下平英明 **** 石塚秀喜 **** Observations of Total Ozone and UV Solar Radiation with Brewer Spectrophotometers on the Mountains in 9 Mahito ITO *, Matsumi TAKANO **, Hideyuki OGURI ***, Masato TAKITA **** ** **, Hideaki SHIMODAIRA and Hideki ISHITSUKA **** Abstract "Observations of Total Ozone and UV Solar Radiation with Brewer Spectrophotometer on the Mountains in 9" as the joint project between Aerological Observatory of the Japan Meteorological Agency (JMA) and the Institute for Cosmic Ray Research (ICRR), the University of Tokyo, was obtained at the Observatory of ICRR (Brewer site:. N,. E,, m a.s.l) in summer, 9. The summary of their observation results and some test results using Brewer MKIII # (BR#), Brewer MKII # (BR#), pyranometer CM and pyrheliometer CH are given below. () Comparative data of ds O and ds SO, measured with BR# and BR#. Compare to the value in (. N,. E, 9 m a.s.l.), daily mean of ds O at was to % lower. Daily variation and day-to-day variation (against ) were also small. ds SO values were not recognized at station. The absolute calibration of Brewers for ds O and ds SO observations could be carried out within the range of air mass from. (maximum) to. (minimum) in clear day. The Extra-Terrestrial Coefficients (=ETC) of BR# and BR# at mountains were identical (within %) to the currently used coefficients. () Comparative data of UV range of solar radiation, measured with BR# and BR#. In comparison to the data acquired at, average of daily total GL UV (global UV radiation) indicated higher intensity of + to + % (+ to + % in the clear day), and the daily total DF UV (diffuse UV radiation) indicated slightly higher value of + to + % (+ to + % in the clear day). Average of daily RDF UV (diffusivity of UV radiation) indicated lower ratio than the ratio measured at. RDF UV was. (. in the clear day) where the RDF UV at was. (. in the clear day). Daily total GL UV increased in the short wavelength range. For example, increase in; nm was + % (+9 % in the clear day), nm was +% ( % in the clear day), and nm was + % (+ % in the clear day), against the daily total at. The altitudinal increasing rate of GL UV indicated the calculated amounts from + to +9 % (+ to + % in clear day) per, m. () Solar radiation measurement results with CM and CH. Average of daily total GL SL (global solar radiation) indicated the higher intensity of + % (+ % in clear day) and the daily total DF SL (diffuse solar radiation) did the lower intensity of - % (- % in clear day), against the values at. Average of daily RDF SL (diffusivity of solar radiation) indicated the lower ratio of. (. in clear day), relative to the ratio of. (. in clear day) at. () Some tests relating to Brewers Some tests of the dispersion tests, the spectral tests, the NIST lamp calibrations and the external lamp tests had been carried out at. Those tests could be successfully completed except for the NIST lamp calibrations with the low outputs from the power supply due to the low-air-pressure on high mountains. The O absn coefficients from the results of the dispersion tests indicated the trends within. % in the observation period. Those environmental conditions at the station were useful for the O and UV observations, intercomparison of the unit, and also useful for the absolute calibrations with Brewers. * 高層気象台観測第三課 Aerological Observatory, JMA. ** 高層気象台観測第二課 Aerological Observatory, JMA. ( 現観測 部南極観測事務室 ). ** * 地球環境 海洋部オゾン層情報センター Global Environment and Marine Department, JMA. ( 現観 測部南極観測事務室 ). ** ** 東京大学宇宙線研究所 Institute for Cosmic Ray Research, the University of Tokyo. - -

2 高層気象台彙報第 9 号 Mt. Marishiten,m N Brewer site, m Mt.Satomi,.m Observation room Mt.Marishiten,m 観測地点 B 観測地点 A Brewer SIte Photo. observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), the University of Tokyo. observatory ICRR Brewer MKII # Pyranometer CM Brewer MKIII # UV radiometer UVSABT Mt.Asahi,9m m Mt.,.m Fig. The Brewer site,. N,. E,,m a.s.l., at observatory, ICRR. The topographic map is by "/, dake" in the Digital Japan Web System of the Geospatial Information Authority of Japan. Photo. Brewers, pyranometer and UV radiometer with brown adiabatic covers at observatory. The brown color was prescribed by the Japan Environment Ministry for the keeping of natural landscape.. はじめに WMO/GAW(World Meteorological Organization/Global Atmospheric Watch) では, ブリューワー分光光度計 (Brewer Spectrophotometer: 以下 Brewer) の地区校正センターの構築計画を進ま せており, ヨーロッパ地区 (RA-IV) ではスペイン Canary Islands の高地 (,m a.s.l.) に位置する Izana Observatory の Izana Atmospheric Research Centre において,RBCC-E (Regional Brewer Calibration Centre in Europe) を構築し, 年より オゾン 紫外線 ( 以下, 紫外域日射 ) 観測のための国際測器 相互比較観測による測器常数の校正を実施している (Redondas :,,, MeteoSwiss and AEMet :, WMO/RBCC-E:, ). アジア地区 (RA-II) でも同様 の校正センター RBCC-A 構築の要望が高く (WMO/GAW: ), 日本国内の高地においてオゾン 紫外域日射観測 のための観測用測器常数の校正 (absolute calibration (Fioletov et al.:)) や高精度の比較観測が可能かどうかを見極め る必要性が生じた. いっぽう高地の紫外域日射量については, 一般に標高,m につき ~% 増加すると言われている (WHO:, 環境省 :) ものの, その報告例 ( 例えば McKenzie et al.:) は少なく, 国内では高精度な波長別の定常観測を行った例はない. 以上のことから, アジア中緯度帯の高地に位置する東京大学宇宙線研究所付属乗鞍観測所 (,m a.s.l.) において, オゾン 紫外域日射量の観測を試みた. 当観測では, ) 太陽直射光の連続観測によるオゾン 二酸化硫黄全量 ( 以下,dsO dsso),) ) から得られるオゾン 二酸化硫黄全量観測用測器常数 ( 以下,dsO ETC dsso ETC), ) 太陽全天光や散乱光の毎時観測による全天 散乱波長別紫外域日射量 ( 以下,GL UV DF UV, 伊藤 :) の各観測を実施した. また, 乗鞍における基本的な観測環境を把握するため,) 日射計を使用した全天 散乱日射量 ( 以下 GL SL DF SL ) 等, さらに ) 校正センターとして実施しなければならない作動用等の常数校正試験や測器感度に関する点検等々を行った. 本稿では, これらの乗鞍の高地におけるオゾン 紫外域日射量の特質を明らかにするとともに, 国内における RBCC-A の構築の可能性について吟味する. なお,Brewer - -

3 乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した 9 年のオゾン 紫外線の観測 N Elevation (m) North-South Direction S Mt.,. m 9 N Mt.Asahi,9 m 9 ZA= Mt. Marishiten, m Mountaine Lodge ZA= 9 Observatory, ICRR ZA= ZA= Brewer Site:, m Summar Solstice E ZA= 9 ZA= 9 W Distance (m) Elevation (m) Winter Solstice East-West Direction W E Mt.Asahi,9 m Mt.,. m Mountaine Lodge Area for ds observation Mt. Marishiten, m 9 Solar Path Fig. Open sky area (%) and solar paths at the Brewer site by fish-eye camera. Mt.Satomi,. m ZA= S Brewer Site:, m ZA= ZA= 9 ZA= 9 Table Instruments and observations at in summer, 9. Gonoike Ponds Observatory, ICRR Mountaine Lodge Instrument Distance (m) Type MKIII Fig. Geomorphological projection profiles at the Brewer site, observatory, ICRR. BR# Brewer Spectrophotometer の基本的構造や測器に関する専門用語については 気象 MKII BR# 庁 ( 99) SCI - TEC( 99) Kipp & Zonen ( 999) および伊 藤 宮川 ( ) 等を参照していただきたい Pyranometer 2 観測方法 Pyrheliometer 2 1 観測地点 Observation Routine ds O/SO ds.rtn uv.rtn Sampling (every hour) Continuous ± min ± min ± min GLUX ux.rtn ds O/SO ds.rtn Continuous uv.rtn ± min uv.rtn ± min CM GLSL min 9 DFSL min DRSL (DHSL) min CH 999 dso/so: O and SO of direct sun observation. : Global UV radiation (9. to.nm /.nm) : Diffuse UV radiation (9. to.nm /.nm) with shadow unit GLUX: Global UV radiation (. to.nm /.nm) GLSL: Global solar radiation DFSL: Diffuse solar radiation (with shadow unit) DRSL (DHSL): Direct (direct-horizontal) solar radiation 観測地点は Photo. Photo. 及び Fig. に示すとおり 東京大学宇宙線研究所付属乗鞍観測所庁舎北西方向約 m 地点 (. N. E,m a.s.l. 岐阜県高山 市丹生川町岩井 谷乗鞍)であ る 当地点は天 空開放度 約 % 太陽光路における地物はどの季節でもほぼ全開とな る ただし 夏至頃において摩利支天岳から東方に延び ) の障害を持つが この範囲 る稜線により若干 ( ZA=9 用自動遮蔽装置や全天日射計用遮蔽装置 ( 手動 ) を用いた は Brewer の測定範囲を越えているため観測や校正には影 これらの観測種目を Table に示す 観測は 9 年 月 響しない Fig. に観測地点の地形投影断面図を Fig. に 下旬 9 月上旬の間 回に分けて実施した 天空開放度と太陽光路の天球図を示す 2 3 Brewer の常数校正試験と点検 2 2 測器と観測種目 Brewer ( BR# と BR# ) の作動用等の常数校正試験に 観測に使用した測器は Brewer MKIII 型 ( 以下 BR# ) ついては a) 分光常数校正試験 ( 各測器 回 ) b) NIST ラ Brewer MKII 型 ( 以下 BR# ) 全天日射計 ( CM) 直達 ンプ検定試験 ( 各測器 回 ) c) 外部標準ランプ点検 ( 各測 日射計(CH)等である また 散乱成分測定のための Brewer 器 回 ) d) 外部スペクトルランプによる波長点検 ( 各測器 - -

4 高層気象台彙報第 9 号 回 ),e) 内部ランプ波長点検 波長感度点検 ( 各測器 回 ), f) その他 sl 等の基本点検 ( 毎日適宜 ) を実施した.. 直射光オゾン 二酸化硫黄全量 (dso dsso) 観測結果. 観測データと大気路程 μ dso と dsso の観測については, 乗鞍における ) 取得可 能データ数と大気路程 ( オゾン層を通過する太陽光の垂直路 程に対する実際路程の比 :air mass, 以下 μ) の幅,) 観測値 の日変化や日々の変化,) 観測用測器常数の校正 (absolute calibration) の可能性等の把握を目的とし, 紫外域日射観測時 間を除く時間帯に可能な限り連続的観測を実施した. 日々の取得データ数とデータ取得時の μ の範囲を,Fig. の ) と ) に示す. ここでは, 乗鞍における μ を Mauna Loa に おける観測と同様, 平均海面上の μ( 気象庁 :99,Kipp & Zonen:999) とした. 図中,JD (Julian day( 通日 ): 以下 JD),JD,JD は測器設置や撤収のため, 半日のデー タ数と μ の範囲となっている. また図中には, 比較のた めつくばにおける BR# の結果も付け加えた. Brewer では 回の ds 観測で 走査するが, その 走査の STD( 標準偏差 ) が.DU 以下の場合に観測成立となる (Sci-Tec:99). 取得データとは, この成立した観測デー タを意味する. したがって, 雨天や太陽光路に雲が存在 する場合は観測値が得られても観測は成立しない.μ の 範囲は, この成立したデータの観測時の 最大と最小の μ の幅 を示す ( 図中では AM PM の区別なし ). 図のよう に, 乗鞍では日最大 サンプルを取得し, 最大の μ が., 最小の μ が. となった. これらを Table にまとめた. 常数校正のためのデータ数については, 数が多いほど 精度が高くなるが, データ数よりもむしろ μ の範囲が重 要で, この範囲が広くその間にデータが分散して取得で きればよい. ただし乗鞍では, 紫外域日射観測も実施し ているため, データ取得数が少なくなる. 以上のデータ取得の状況から, 今回の観測では JD の AM, JD の AM, JD の PM, JD の AM の計 回のデ ータが, 常数校正用基礎データとして良いと考えられる.. 直射光オゾン 二酸化硫黄全量 (dso dsso) 観測結果 乗鞍で観測された dso の日平均値を Fig. の -a) に, dsso の日平均値を Fig. の ) に示す. 図中には比較のため, 同期間のつくば BR# の観測値を付け加えた. 乗鞍の dso は, 期間中, 最大約 9 DU(m-atm cm), 最 小約 DU の範囲で推移するが, 全体的にみてほぼ ± DU で変動幅が狭い特徴をもつ. 乗鞍 (.N,. E) とつくば (.N,.E) とはほぼ同緯度に位置する が, 両者を比較するとこの変動幅は乗鞍の方が狭く, また Observation number 9 ) Daily observationnumberof ds O(SO) BR# at ) Maximumand minimumair massof dailyds O(SO)observation BR# at Observation number 9 BR# at BR# at 9 BR# at JD in 9 9 BR# at JD in 9 Fig. Observation number of dso/so at and, in the observation period, summer, 9. ) Daily observation number of dso/so. ) Maximum/ minimum air mass of daily dso/so observations. Table Sample number and air mass of the dso/so observations with Brewers for a day at and in the observation period, summer, 9. (Routine) Maximum sample number Maximum air mass (μ).. Minimum air mass (μ)..9 Maximum width of air mass (μ) 観測値も乗鞍の方が若干少ない.. in JD Max:. Min:.. in JD Max:. Min:. Fig. の -b) は日々の観測値の STD を示す. 一般的に天気 の悪い場合, またデータ数が多くなればなるほど STD は大 きくなる. しかし, 天気の良好な場合の STD ( 図中の下限 線 ) について乗鞍とつくばで比較すると, 乗鞍の STD は. ~. DU となり, つくばの STD の.~. DU より小さく, 乗鞍の dso の日変化がつくばより小さいことが判る. Fig. の -c) は, 乗鞍での観測期間におけるつくばの平均 値を基準としたときの乗鞍とつくばの日々の変化の割合 を示す. このように, つくばは期間中 ±% の変化となる が, 乗鞍の観測値は ±% 程度の変化となる. またその乗 鞍の平均値 ( 図中の実線 ) は, つくばに対し若干低い. 乗鞍 では観測期間が短くこの傾向が一般的だという確証はな いが, 少なくともこの期間において, 乗鞍の dso はつく ばに対し,) 日変化が少なく,) 期間中の変動も少なく, - -

5 乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した 9 年のオゾン 紫外線の観測 -a) Daily mean of ds O BR# at ds O (DU) BR# at 9 BR# at I JD in 9 9 ds O (DU) ds O (DU) 9 9 JD in 9 JD in 9 -c) Difference of ds O to the AVG at -b) Daily STD of ds O. Difference of ds O ds O STD.. -. AVG at -. Minumum line at JD in 9 Minimum line at JD in 9 ) Daily mean of ds SO BR# at ds SO (DU) BR# at BR# at - ds SO (DU) ds SO (DU) JD in JD in 9 JD in 9 Fig. Trends of daily mean of ds O/SO with BR and BR# at and with BR# at in the observation periods, summer, 9. -a): Daily mean of ds O. -b): Daily STD of ds O. -c): Daily difference of the ds O at to the ds O of the average at in the observation period. ): Daily mean of ds SO. AM_ JD BR# 9 BR# ds O (DU) ds O (DU) ds O (DU) AM_ JD PM_ JD 9 BR# BR# BR# BR# 9 Air mass Air mass Fig. Examples of ds O with BR# and BR# at in JD, JD and JD, Air mass

6 高層気象台彙報第 9 号 Table Average of daily means of ds O/SO with Brewers at and in the observation period, summer, 9. ds O Daily mean (DU) BR# BR# BR# Average 9 Maximum 9 9 Minimum Average of STD. (.-.). (.-.). (.-.) ds SO Average... ( ): STD in clear day. ) 若干少ない値をとるという傾向が認められた. Fig. の ) に示す乗鞍の dsso は, 期間中ほぼ DU で推移 した. 乗鞍岳周辺には焼岳, アカンダナ山, 平湯, 白骨, 中ノ湯等の活動中の火山や温泉が点在し, 当観測地点で はこれらから噴出される二酸化硫黄の影響が懸念されて いたが, 今回の観測期間ではその影響はなかったものと 考えられる. つくばでは年に数回,~ DU に増加する ことがあり, 三宅島や浅間山の火山活動が活発な場合に は ~ DU に急増することがある. Fig. に, 乗鞍における日々の観測値について dso の例 を示す.dsO の BR# と BR# とはほぼ同じ値となるが, μ が. 以下, また. 以上になると BR# の値が低くなる 傾向を示す. これは,BR# の 測器の光学的特性 と 従 来設定した測器常数 に起因するものと考えられる. 以上の dso と dsso の観測結果は,Table のとおりにま とめることができる.. 直射光オゾン 二酸化硫黄全量 (dso dsso) 観測用 測器常数の校正 (absolute calibration) Brewer の dso と dsso の観測用常数の中で,dsO の大気外常 数 (dso ETC: Extra-terrestrial coefficient for the O wavelength combination) と dsso の大気外常数 (dsso ETC: Extra-terrestrial coefficient for the SO wavelength combination) については, 通常, 国際 ( 地区 ) 準器との比較観測により校正する. しかし今回は この準器の校正を視野に, この常数を校正 ( 絶対検定 : Absolute Calibration) によって求められるかどうかを試験した. BR# と BR# の全データによる dso ETC と dsso ETC の結果を Fig. に示す. 図中の回帰直線の切片が,dsO あるいは dsso の ETC に相当する. この図の中で -a) と -b) の BR# の結果をみると,dsO ETC の場合 μ. の範囲 で, また dsso ETC で μ. の範囲になると, 回帰直線 よりも右方向へ逸脱する傾向が認められる. この現象は 前述した各測器の測定限界 ( 特性 ) によるものと考えられ, BR# の ETC 算出ではこれらの範囲のデータを除去し, μ. のデータに限定した値とした. 日々の半日のデータによる BR# と BR# の例を Fig. と Fig.9 に示す. 各図とも, 上列が dso ETC の場合, 下列が dsso ETC の場合である. 現在使用中の常数は, ETCs during use BR# dso ETC : dsso ETC : BR# dso ETC : 9 dsso ETC : 9 であるが, 日々算出された各 ETC は一様ではなく, 現在使 用中の常数に対し,dsO ETC は ±% 程度,dsSO で - ~+% の差が生じる. また Fig. のように全データを使用 した場合は, Averages of ETC using all data BR# dso ETC : 9 dsso ETC : 9 BR# dso ETC : dsso ETC : となり,BR# は,dsO ETC が約 -.%,dsso ETC が +.% となる. そこでこれらを吟味するため, 日々の結 果を Fig. にまとめた. Fig. の最上段の -a) は BR# の dso ETC, 段目の -b) が BR# の dsso ETC, 三段目の -a) が BR# の dso ETC, 最下段の -b) が BR# の dsso ETC である. 図中の 印は上記回帰直線の R が,R.999 の場合を, 印は R <.999 の場合を示す.RBCC-E では,dsO の場合,R.999 の値を採用しており, 本稿でも 印の結果を中心 に吟味する. 図中には, 現在使用中の ETC と期間中の平均 値を直線で記入した.. で述べたように, 充分なデータ数と幅広い μ のデ ータが取得できた観測は JD の AM, JD の AM, JD の PM, JD の AM の計 回である. これらの 中で, 後述の. における紫外域日射量や日射量の散乱率 等の環境条件を考慮すると, JD の AM と JD の AM の 回の観測結果が最良と考えられる. そこでこの 回の結果について,BR# の場合は μ を限定しない全デ ータによる結果を,BR# の場合は μ. のデータを 使用した場合の結果を採用することにする. ただし BR# の dsso については 印となっているが, 他の結 果はデータ数や μ に問題があるので, この結果を採用し た. その結果, ETC using data in most clear days BR# dso ETC : (JD AM) (JD AM) dsso ETC : (JD AM) (JD AM) BR# dso ETC : 9 (JD AM) (JD AM) dsso ETC : (JD AM) 9 (JD AM) となり, 現在使用中の常数に対し, - -

7 乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した 9 年のオゾン 紫外線の観測 -b) BR# (dsso) -a) BR# (dso) 9 y =. x + 9. R² =.99 y = 9.9 x + 9. R² =.99 SO R SO R O R y = 9.9 x +. R² =.9 9 O R y = 9. x R² =.99 -b) BR# (dsso) -a) BR# (dso) μ=. to. Number= μ=. to. Number= μ=. to. Number= μ=. to. Number= Fig. Examples of dso ETC and ds SO ETC with the absolute calibrations using all data at in the observation period, 9. -a): dso ETC of BR#, -b): dsso ETC of BR#, -a): dso ETC of BR# and -b): dsso ETC of BR#. JD AM JD AM y = 9.9 x +. R² =.999 y = 9. x +. R² =. μ=. to. Number= μ=. to. Number= JD AM SO R μ=. to. Number= μ=. to. Number= μ=. to. Number= μ=. to. Number= y =.9 x +. R² =. y =. x R² =.999 JD AM JD PM μ=. to. Number= y = 9. x +. R² =. SO R JD AM y =.9 x +. R² =.999 y = 9.9 x +. R² =.99 JD AM μ=. to. Number= μ=. to. Number= μ=. to. Number= SO R SO R O R O R O R O R SO R JD AM 9 y = 9. x +.9 R² =. y = 9.9 x R² =. y = 9. x +. R² =.9999 JD PM 9 O R JD AM Fig. Examples of dso ETC (upper figures) and dsso ETC (lower figures) for BR# with the absolute calibrations at in 9. JD AM JD AM 9 9 y = 9. x + 9. R² =.999 JD AM JD PM 9 y = 99. x +. R² = y = 9. x +. R² =.999 y = 9. x +. R² =.9999 y = 9.9 x + 9. R² =.999 μ=. to. Number= μ=. to. Number= μ=. to.9 Number= 9 μ=. to.9 Number= y =. x + 9. R² =.999 y =. x +.9 R² =.999 JD AM μ=. to. Number= μ=. to.9 Number= 9 JD PM μ=. to. Number= μ=. to. Number= SO R SO R SO R y =. x + 9. R² =.999 y =. x +.9 R² =.999 JD AM y =. x R² =.999 JD AM JD AM μ=. to.9 Number= μ=. to. Number= SO R SO R O R O R O R O R O R JD AM Fig. 9 Examples of dso ETC (upper figures) and dsso ETC (lower figures) for BR# with the absolute calibrations (μ.) at in

8 高層気象台彙報 第 9 号 and : -a-) O ETC of BR# R <.999 Difference of new ETC against the ETC during use BR# dso ETC :.999 ( JD AM ). ( JD AM ) dsso ETC :. ( JD AM ).9 ( JD AM ) BR# dso ETC :. ( JD AM ).99 ( JD AM ) dsso ETC :. ( JD AM ). ( JD AM ) 9 9 O ETC ALL μ<. 9 になり 両測器ともdsO ETCは%以内で一致 dsso ETC JD in 9 during use は %の差という結果となった dso ETCの%の誤差 -b) SO ETC of BR# は μにより異なるがμ.付近でおおよそ約 DUの誤差 SO ETC 9 dsso ETCの%の誤差は 同様におおよそ. DUの誤差 となる これらの結果をTable にまとめた 以上のように 少なくとも dso ETC に関しては 乗鞍 ALL μ<. 9 において天候等の条件が整えば 常数の校正が可能では JD in 9 during use and : -a) O ETC of BR# ないかと考えられる ただしこの結果の精度を判断する R <.999 ためには 今後さらに多くのデータを取得するとともに O ETC マウナロアやイザーニャ等で実施している世界準器の校 正に 当測器を参加させる必要がある ALL μ<. 9 4 全天 散乱波長別紫外域日射量 ( ) 及び全天 JD in 9 during use 散乱日射量 (GLSL DFSL)の観測結果 -b) SO ETC of BR# 4 1 観測データ SO ETC 今回の観測では 全天紫外域日射量 ( ) だけではな く散乱紫外域日射量 ( ) 全天日射量 ( GLSL) 散乱日射 量 ( DFSL) 等を測定し ) 乗鞍におけるそれぞれの基礎的 ALL μ<. 9 during use な観測値を把握し ) 平地 ( つくば ) の観測値と比較によ JD in 9 って乗鞍の特性を明らかにしたうえで ) 高精度の比較 Fig. Trends of dso ETC and dsso ETC by the absolute calibrations at in the observation period, summer, 9. -a): dso ETC of BR#, -b): dsso ETC of BR#, -a): dso ETC of BR# and -b): dso ETC of BR#. 観測が可能かどうかを吟味することにした 各観測の具体的手法や測器については 2 に示したと おりであるが 測器設置や撤収のために半日だけの観測 日については 推定値として半日のデータを単純に倍し Table Examples of dso ETC and dsso ETC of BR# and BR# by the absolute calibrations at. た日積算値を用いた また BR#の JD以降のデー タは 毎分に の観測へ切り換えている これらの 各種目の観測値算出方法については 乗鞍とつくばでな BR# dso ETC during use R dsso ETC R BR# dso ETC during use 9 R dsso ETC R 9 るべく同じ条件になるよう次のとおりとした JD JD JD AM AM PM JD AM JD JD station Daily total of the data every ± min. Daily total of the data every ± min. GLS L Daily total of the average data in every 9 - min. DR SL ( DH SL) Daily total of the average data in every 9 - min. DFSL to JD Daily total of the average data in every 9 - min. DFSL from JD GLSLDH SL. JD JD AM AM PM AM μ. station Daily total of the data every ± min. Daily total of the data every ± min. GLSL Daily total of a hourly average of the average data per minute. DRSL (DHSL) Daily total of a hourly average of the average data per minute. DFSL GLSLDH SL. - -

9 乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した 9 年のオゾン 紫外線の観測 4 2 全天 散乱波長別紫外域日射量( )及び全天 散 たところ 期間中の平均で 9%/,m( 快晴の場合で 乱日射量 (GLSL DFSL)の観測結果 %/,m) の値を得た 乗鞍における観測結果をつくばの結果と合わせて Fig.に示した -a ) は 全天紫外域日射量 ( ) と散乱 2 ) 全 天 日射 量 ( GLSL) と散 乱日 射 量 ( DFSL) 及 び日 射 散 乱 紫外域日射量 ( ) を次の種の積算値として示したもの 率 ( RDFSL) である 日射量についてもFig.のとおり 観測期間中 乗鞍の GLSL はつくばに比べ約%多かったが DFSL は逆に約 TUV: Total UV at the wavelength from 9. to. nm. UVB: Total UV at the wavelength from 9. to. nm. DUV: Damaging UV. %少ない結果となった RDFSL は乗鞍で約.となり つくばの散乱率.に比べ約%低くなった すなわち 紫外域日射と同様 乗鞍では つくばより GLSL は多い CIE: UV by Commission Internationale de I Eclairage. が DFSL は少なく RDFSL は低い ということが判明し また -a ) は 全天日射量 ( GLSL) と散乱日射量 ( DFSL) を示 た これらの結果をTable にまとめた また期間中 1 ) と同様に天候の良好な 乗鞍の JD し -b) と-b) は 紫外域日射散乱率 ( R Diffusivity of UV( /)) と日射散乱率(RDFSL Diffusivity of solar と つくばの JD の結果を比較した Table に示すよ radiation (DFSL/GLSL))をそれぞれ示す うに 乗鞍はつくばに対し GLSL で約%多いが DFSL は 約%も少ない値を示した RDFSL については 乗鞍で約 1 ) 全 天 紫 外 域 日 射 量 () 散 乱 紫 外 域 日 射 量 ( ).と非常に低く つくばの約.に対し約%低い値を 及び紫外域日射散乱率 ( R) 示した このように 天気が良い場合も紫外域日射と同 Fig.のとおり 乗鞍におけるBR#とBR#による 観測値は ±%以内でほぼ一致して推移した ( 図では重な 様 乗鞍では つくばより GLSL は多いが DFSL は非常 に少なく RDFSL も非常に低い ということが判った っている ) 観測期間中 乗鞍の天候は例年になく悪かっ この天気が良かった上記 JDの乗鞍のGLSL は 紫外 たが その条件下でも乗鞍の と はつくばよ 域日射量の場合と同様 つくばの夏至頃の年最高値に相 り多く の観測を開始してからの平均値は で 当する また 同じ JDの乗鞍のDFSL は つくばの最 % ( TUV) % ( DUV) で% ( TUV) % ( DUV) 低を示す冬季の値よりも低く RDFSL の約.は つくば それぞれつくばより多かった いっぽう乗鞍の R に では観測例がないほど低い ( つくばの年最低は約.) ついては 約.となり つくばの約.に対し約%低 い値を示した すなわち 乗鞍では つくばより は 3 ) 波長別紫外域日射量の観測結果 乗鞍における波長別照度差を明らかにするため かなり多く も若干多いが R は低い という ことが判明した 次のTable に これらの結果をまとめ 9nmの各波長における照度をFig.に示す た 図中において ( BR# ) が( BR# ) を上回る場 期間中の天候の良かった日について乗鞍とつくばとを 合もあるが これはBR#がMKII型のために迷光補正が 比較した 当期間 乗鞍 つくばとも同日に快晴だった 充分でないことと 測定時間帯が異なることに起因する こ 日がなかったので 太陽高度角がほぼ同様の 乗鞍の のため nm以下のmkiiの値は参考値とする これらの結 JD の結果と つくばの JD との結果を比較した 果を観測期間の平均値としてTable 9 にまとめた Table 9のとおり 乗鞍のGL UV はつくばの に対し 結果をTable に示す 表のとおり 乗鞍はつくばに対し で % ( TUV) % ( DUV) で % ( TUV) nmで約% nmで約% nmで約%大きくな % ( DUV) 多い値を示した また 乗鞍の R について り 短波長域の紫外域日射ほど強くなることが判る こ は約.とかなり低く つくばの約.に対し 約%低 れに対し は nmでつくばより小さかったが い値となった すなわち 天気が良い場合 乗鞍では nm付近で逆転し nm以下の短波長域で乗鞍の方が つくば より は 非常 に 多く も若 干多 いが つくばより強くなる傾向が認められた R は非常に低い ということが明らかとなった こ 天 候 の 良 好 な 例 に つ い て 1 ) 2 ) と 同 様 乗 鞍 の の天気の良好な日の は つくばの夏至頃の年最高値 JD と つくばのJD の結果を比較し Table に を越える値であり R(.) は つくばではほとんど 結果を示す 表のように 乗鞍はつくばに対し は 観測例 ( つくばの年最低は約.) がないほど低い値である nmで約9% nmで約% nmで約%大きくな 以上の結果より の高度に対する増加率を算出し る については nmでつくばより小さかったが - 9 -

10 高層気象台彙報 第 9 号 -b) R (Diffusivity: / ) -a) and. Diffusibility ( / ) UV Irradiance (J/m) GL UV GL UV TUV UVB CIE Station : BR# and BR# Station : BR# and BR# DUV.. TUV, UVB, CIE and DUV of GL UV with BR# at TUV, UVB, CIE and DUV of GL UV with BR# at TUV, UVB, CIE and DUV of with BR# at. JD in 9 TUV, UVB, CIE and DUV at JD in 9 TUV, UVB, CIE and DUV at TUV, UVB, CIE and DUV of GL UV with BR# at TUV, UVB, CIE and DUV of with BR# at -a) GLSL and DFSL -b) RDFSL (Diffusivity : DFSL / GLSL). GL SL Diffusibility (DFSL /GLSL) Solar Irradiance (. MJ/m) GL SL DFSL DFSL... GL SL at GL SL at DFSL at DFSL at at JD in 9 JD in 9 at Fig. Trends of daily total of,, R, GLSL, and RDFSL at and, in the observation periods, summer, 9. -a): of global UV, of diffuse UV, and -b): R of diffusivity (/) of UV with Brewers. -a): GLSL of global solar radiation, DFSL of diffuse solar radiation and -b): RDFSL of diffusivity (DFSL/GLSL) of solar radiation with pyranometer CM(CM) and pyrheliometer CH, Table Average of daily total, daily total and R in the observation period, summer, 9. Average ( J/m ) ( J/m ) R ( / ) / TUV UVB DUV CIE TUV UVB DUV CIE TUV UVB DUV CIE *. *. *. *. *... * R at : / every min Table Daily total, daily total and R in clear day, and JDs, 9. JD Clear day ( J/m ) ( J/m ) R ( / ) JD / TUV UVB DUV CIE TUV UVB DUV CIE TUV UVB DUV CIE *. *. *. *.... * R at : / every min Table Average of daily total GLSL, daily total DFSL and RDFSL in the observation period, summer, 9. Average Table Daily total GLSL, daily total DFSL and RDFSL in clear day, and JDs, 9. / Clear day JD JD / GLS L (.MJ/m ) 9. GLS L (. MJ/m ) 9. DFSL (.MJ/m ) 9.9 DFSL (. MJ/m ). RDFSL (DFSL/GLSL ).. RDFSL (DFSL / GLSL).. - -

11 乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した 9 年のオゾン 紫外線の観測 b) nm a) nm Irradiance (J/m nm) Irradiance (J/m nm) JD in 9 d) 9 nm c) nm Irradiance (J/m nm) Irradiance (J/m nm) JD in 9 JD in 9 GL UV with BR# at JD in GL UV with BR# at with BR# at DF V with BR# at Fig. Trends of daily total and with BR#, BR#, BR# and BR# at and, in the observation period, summer, 9. of global UV and of diffuse UV measured at the wavelength of a) nm, b) nm, c) nm and d) 9 nm respectively. with BR# was observed every min and other results were done every min..... AVG Irradiance Ratio Irradiance (J/m nm) Irradiance (J/m nm) c) Ratio (BR#/BR#) b) GL UV with BR# a) GL UV with BR#..... / Wavelength (nm) Fig. 9 9 Wavelength (nm) Wavelength (nm) Daily spectra and spectral ratios in the observation period, summer, 9. a): spectra with BR# at, b): spectra with BR# at and c): daily of spectral ratios of BR# at versus the average with BR# at. The heavy line of blue color shows an average spectrum in the period. Table 9 Average of daily total, daily total and R in the observation period, summer, 9. Average / Wavelength ( nm ) ( J/m nm ) ( J/m nm ) R ( / ).*.*.*...9 * R at : / every min Table Daily total, daily total and R in clear day, and JDs, 9. JD Wavelength ( nm ) Clear day 9 JD 9 9 / ( J/m nm ) ( J/m nm ) R ( / ).*.*.*... * R at : / every min - -

12 高層気象台彙報 第 9 号 用常数の%の変化でSOが約 DU それぞれ観測値に影 Difference. 響するので 乗鞍ではほぼ問題なく 試験 観測が行わ. れたことを示す. 2 ) NISTランプ検定試験.99 NISTランプ検定試験は WのNISTランプを使用し て波長別紫外域日射観測用常数を校正する試験である ( 伊.99 BR# (O) BR# (SO) BR# (O) BR# (SO) 藤ほか ) が 乗鞍では低い気圧 ( 約hpa ) により電 JD in 9 源がドリフトを起し 規定出力電流.Aを得ることは Fig. Trends of O absn coefficients of BR# and BR# by dispersion tests at and in 9. できなかった そのため 出力電流を.Aに変更して 実施した 今後 低い気圧に対応可能な電源に変更する 必要がある Table O absn coefficients of BR# (upper table) and BR# (lower table) by dispersion tests. BR# JD.. O SO BR# O SO J D.. JD.9. J D.. J D.. J D.. 3 ) 外部標準ランプ点検 外部標準ランプ点検は 複数の W 標準ランプを使用 JD.. して測器感度の変化量を把握する点検である ( 伊藤ほか ) 乗鞍では期間中 つくばで 月に実施した基準値 に対し BR# で..% BR# で. JD.9..%の変化量となり 測器輸送や高地での影響は最小限 に抑えられたものと判断できる なお4 の紫外域日射量 は この感度変化量により補正している nm付近で逆転し nm以下の短波長域では乗鞍のほ 4 ) 外部スペクトルランプによる波長点検 外部スペクトルランプによる波長点検は 光学系の観 うがつくばより強くなるという傾向が明らかになった Fig.のa) に 乗鞍におけるBR#の日々の波長別日積 測用光路の分光精度 ( 波長ずれ ) を確認する点検である 乗 算 ス ペ ク ト ル を b) に 同 期 間 に お け る つ く ば BR# の 鞍では BR# と BR# とも規定値に対し.nm 以内の 日々の波長別日積算スペクトルを示す 図に示されるよ 誤差で一致し 異常のないことが確認できた うに 乗鞍のスペクトル強度はつくばに比べ 非常に大 きいことが判る c) は つくばの平均スペクトルに対する 5 ) 内部ランプ波長点検 波長感度点検 ( CI) 乗鞍における日々および平均スペクトルの比である つ 測 器 内 部 の水 銀 ランプと標 準 ランプを用 い 光 学 系 の点 くばに対し短波長域でより増大し nm付近では約% 検 観測用光路 の分光精 度 ( 波長ずれ ) と波長別感度 を確 認 増となった する点検である 点検の結果 BR# と BR# ともに波長 以上のように 乗鞍ではつくばに対し 短波長帯の紫 ずれや波長感度に異常のないことが確認できた 外域日射量が %多いことが明らかとなった 6 ) その他の点検 その他 Brewer で実施しなければならない sl ( 内部標準 5 測器作動用常数校正等の試験 ランプ点検 ) や dt ( 不感時間点検 ) 等の点検を毎日実施し 1 ) 分光常数校正試験 分光常数校正試験は 種のスペクトルランプを使用し BR# と BR# とも正常に作動していることが確認できた 分光常数や観測用常数 ( O absn coeffs ) を求めるもので ( 伊 藤ほか ) この試験が乗鞍の高地において可能であ 6 まとめ るかどうか また常数に変化が生じていないかどうかに 当研究観測では 東京大学宇宙線研究所付属乗鞍観測 ついて試験した 観測用常数の校正結果をFig.とTable 所 ( 観測地点の標高,m地点 ) において 同研究所と高層 に示す 図中の曲線は つくばでの結果を基準にした変 気象台の平成年度共同利用研究として ブリューワー 化量であるが 両測器ともほぼ.%程度に収まっている 分光光度計を使用したオゾン 紫外線の観測 を9年 当常数は dso用常数の%の変化でoが DU dsso 夏季 ( 月下旬 9月上旬 ) に実施した 当観測では オゾ - -

13 乗鞍岳におけるブリューワー分光光度計を使用した 9 年のオゾン 紫外線の観測 ン 二 酸 化 硫 黄 全量観測とそれらの観測用常数の校正 校正では 乗鞍において両測器とも従来の常数に対し (absolute calibration) また全天 散乱波長別紫外域日射観.%程度の誤差で一致した 測だけではなく 乗鞍の自然環境を詳細に把握するため 乗鞍の高地で Brewer の分光常数の校正をはじめとする の日射観測 測器常数や測器感度を把握する試験を行っ 試験を実施したところ NIST ランプ検定試験を除き た 結果は以下のようにまとめられる ほぼ全ての試験が可能で Brewer は波長ずれもなく平地 と同様に作動させることができる () 直射光オゾン 二酸化硫黄全量 ( dso dsso ) 乗鞍の dso は つくばに対し ) 若干低く推移し ) 日 以上のように 乗鞍はつくばより紫外域日射量 日射量 変化も少なく ) 日々の変動も少ないという傾向が認め とも多いが その散乱成分の割合は非常に小さく 大気 られた 中の水蒸気やエーロゾルが少なく 大気が澄んでいるつ dsso は 少なくとも今回の観測期間においては認めら れなかった くばの冬季に近い環境となっている そのため オゾン 二酸化硫黄観測のための常数校正や 短波長の紫外域日 dso と dsso 観測のための観測用常数 ( ETC) を校正し 射量を多く必要とする測器相互比較観測に対し適してい たところ 天候が最も良好だった 例の結果では 両測 ると言える また高地にもかかわらず Brewerに必要なほ 器とも従来の常数に対し dso ETC は %以内で一致し とんどの試験が実施可能で Brewerの測器感度変化もほと dsso ETC は %の差という結果を得た んど認められない 乗鞍では 少なくともμ=.. の範囲で dso これらの観測や試験は天候に大きく左右されるので 今 dsso を観測することが可能で 快晴の場合 紫外域日 後 乗鞍におけるデータ取得量 またオゾンや紫外域日 射観測を組み込んでも半日で 以上の測定データを取 射量の季節変化を把握する必要がある 得することができる なお本研究成果の一部は 平成年度東京大学宇宙線研 () 紫外域日射量 ( 全天紫外域日射量 散乱紫外域日 究所共同利用研究成果発表会において発表した 射量 紫外域日射散乱率 R) 謝 乗鞍の は つくばよ り % ( 快晴日 % ) と若干多目である 辞 本稿作成に際し 常数の校正ではカナダ国環境省気象 % ) と非常に多く は % ( 快晴日 局 ( MSC) の Dr. Vladimir Savastiouk, Mr.Tom Grajnar Mr. Rは約.(快晴日 約.)となり つくばの約.(快 Michael Brohart に助言を賜り 乗鞍での観測では東京大 晴日 約.) に対し約%( 快晴日 約%) と非常に 学宇宙線研究所の山本邦之氏 上松義昭氏 牛丸 低い に大変お世話になりました また 高層気象台の牧 司氏 廣 は短波長帯ほど多くなり つくばに対しnmで約 篤台長 ( 当時 ) をはじめとする関係官の皆様 気象庁地球環 %(快晴日 約 9%) nmで約 %(快晴日 約 境 海洋部の山田眞吾環境気象管理官をはじめとする関 %) nmで約 %(快晴日 約+%)となった 係官の皆様 オゾン層情報センターの小出 の高度に対する増加率は 平均で 9%/, m 孝所長 ( 当時 ) をはじめとする関係官の皆様 日射観測でご協力 ご助 言をいただいた同地球環境 海洋部輻射係の居島 (快晴日 %/, m)と算出された (当時) ならびに当台の大河原 () 日射量 (全天日射量 GLSL 散乱日射量 DFSL 日射散乱 修係長 望主任研究官( 当時) 上里 至研究官にお世話になりました 以上の方々に厚くお礼申し 上げます 率 RDFSL) 乗鞍のGLSLは つくばに対し約 %(快晴日 約 %) 引用文献 と多いが DFSL は約%(快晴日 約%)と少なくなる は約.( 快晴日 約.) となり つくばの散乱 RDFSL Fioletov, V.E., J.B. Ker, C.T. McElroy, D.I. Wardle, V. Savastiouk and 率.( 快晴日 約.) に比べ約%( 快晴日 約%) T.S. Grajnar () The Brewer reference triad. Geophysical 低くなった Research Letters, Vol., L, -. 伊藤真人 宮川幸治 ( ) 二重分光光度計 MKIII によ () 測器作動用常数校正等の試験 る紫外域日射観測 高層気象台彙報,, - 分光常数校正試験による観測用常数(O absn coefficient ) 伊藤真人 Vladimir Savastiouk Michael Brohart ( ) ブ - -

14 高層気象台彙報 第 9 号 リューワー分光光度計用分光常数校正装置の開発と手 MeteoSwiss and AEMet () The third RBCC-E campaign, LKO, 法 高層気象台彙報,, - Arosa (Switzerland), July, to August, (announcement). 伊藤真人 佐藤 健 下木原卓也 平良 修 宮川幸治 () _RBCC_E.First_ann--.pdf., pp. 新型ブリューワー分光光度計 MKIII の測器調整 校正 Redondas, A. () Izana atmospheric observatory, ozone absolute 結果測器整備と各官署への設置 高層気象台彙報, calibration, langley regression method. Ozone Absolute Calibration, - _update.pdf., pp. 伊藤真人 Tom Grajnar Michael Brohart Vladimir Savastiouk Redondas, A. () Regional Brewer Calibration Centre Europe Ken Lamb () カナダ MSC におけるブリューワー分 (RBCC-E): results and first test-campaign. Edited by C. T. McElroy 光光度計の国際測器相互比較 年と新型検定装置の and E. W. Hare. The Ninth Biennial WMO Consultation on Brewer 精度 高層気象台彙報,, 9 - Ozone and UV Spectrophotometer Operation, Calibration and Data 伊藤真人 ( ) ブリューワー分光光度計用自動遮蔽装置 による散乱波長別紫外域日射の定常観測 高層気象台 Reporting., Gaw Report. No. (WMO TD No.9), - Redondas, A. () Ozone absolute Langley calobration. Edited by C. 彙報,, - T. McElroy and E. W. Hare. The Tenth Biennial WMO Consultation on 伊藤真人 ( ) ブリューワー分光光度計用による地面反 Brewer Ozone and UV Spectrophotometer Operation, Calibration and 射 散乱波長別紫外域日射の年変化 高層気象台彙報, Data Reporting., Gaw Report. No. (WMO TD No.), - SCI-TEC (99) Brewer MKII spectrophotometer operator s manual,, 9 - 環境省 ( ) 紫外線保健指導マニュアル 環境省保健部, OM-BA-C Rev. H SCI-TEC Instrument Inc, Canada, pp WHO () Global solar index A Practical Guide. A joint pp Kipp & Zonen (999) Brewer MKIII spectrophotometer operator s recommendation of WHO, WMO, UNEP and ICNIRP, pp. manual, OM-BA-C Rev. B Kipp & Zonen Inc, Canada, pp WMO/GAW () Recommendations of the SAG-Ozone meeting 気象庁 ( 99) 紫外域日射観測指針 気象庁, pp. Minutes of the WMO-GAW SAG-Ozone meeting, pp. 気象庁 ( 99) オゾン観測指針 気象庁, 9pp WMO/RBCC-E() RBCC-E Arosa Calibration Report, (Calibration Summary, pp., Redondas A.: Brewer # pp., McKenzie, R. L., P.V. Johnston, D. Smale, B.A. Bodhaine, and S. Madronich () Altitude effects on UV spectral irradiance #, #, #, # and # Calibration Report). deduced from measurements at Lauder, New Zealand, and Mauna WMO/RBCC-E() RBCC-E Arosa Calibration Report, Loa Observatory, Hawaii. J. Geophys. Res., (D9),, -, (Redondas A.: Brewer #, pp., #, #, # and #. Calibration Report). - -

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