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1 2015 年度第 2 回教員のためのスキルアップ講座 < 地学 > 2015/11/23 テーマ天気の変化と日本の気象の指導法について ~ 気象データの活用 ~ 関東学院中学校高等学校相原延光渡邉雅人テーマ設定の理由地学教育では個別の事象を羅列的に学ぶ, 覚えるではなく, システムとしての地球, サブシステムの関係性, 相互作用, 因果関係を考察することが重要です 今回は 中学校 2 年 気象とその変化 を取り上げます 今年 7 月から運用が開始された最新気象観測衛星ひまわり 8 号に象徴されるように 近年 気象情報の個人利用が進んでいます この流れの中 中高の理科教育現場で気象情報をいかに活用したらよいかを検討する必要があります 今日は 現在の天気予報がどのように出されているか 日常の天気の変化を気象衛星画像 天気図 風向きなどの情報を元に教材化する方法を紹介します また その情報を用いて 日本の天気の特徴 ( 冬 ) について実験を交えて説明致します 1. 中学校学習指導要領での位置づけ 中学校 (4) 気象とその変化身近な気象の観察, 観測を通して, 気象要素と天気の変化の関係を見いださせるとともに, 気象現象についてそれが起こる仕組みと規則性についての認識を深める < 内容の取扱い> 関連事項のみイ天気の変化 ( ア ) 霧や雲の発生霧や雲の発生についての観察, 実験を行い, そのでき方を気圧, 気温及び湿度の変化と関連付けてとらえること ( イ ) 前線の通過と天気の変化前線の通過に伴う天気の変化の観測結果などに基づいて, その変化を暖気, 寒気と関連付けてとらえること ウ日本の気象 ( ア ) 日本の天気の特徴天気図や気象衛星画像などから, 日本の天気の特徴を気団と関連付けてとらえること ( イ ) 大気の動きと海洋の影響気象衛星画像や調査記録などから, 日本の気象を日本付近の大気の動きや海洋の影響に関連付けてとらえること < ビデオ最新気象衛星ひまわり8 号について> NHKコズミックフロントより 1

2 2. 天気情報の活用 ( 教材化 ) 第一部 気象観測 (1) 数値予報コンピュータで取り扱いやすいように 規則正しく並んだ格子で大気を細かく覆い そのひとつひとつの格子点の気圧 気温 風などの値を世界中から送られてくる観測データを使って求め これをもとに未来の気象状況の推移をコンピュータで計算する この計算に用いるプログラムを 数値予報モデル と呼ぶ このモデルでは 大気の流れ ( 風 ) をはじめ 水蒸気が凝結して雨が降ること 地面が太陽に暖められたり冷やされたりすることなど さまざまな現象が考慮される 気象庁 HP> 知識解説 > 数値予報より引用 2

3 (2) 気象スケールと数値予報モデル 数値予報モデルで予測できる気象現象の規模は格子間隔の大きさに依存している 格子間隔が 20km の全球モデルでは 高 低気圧や台風 梅雨前線などの水平規模が 100km 以上の現象を予測することができる 格子間隔が 5km のメソモデルでは 局地的な低気圧や集中豪雨をもたらす組織化された積乱雲など水平規模が数 10km 以上の現象を予測できる 格子間隔が 2km の局地モデルでは 水平規模が 10 数 km 程度の現象までが予測可能となるが まだ個々の積乱雲が表現できる程ではない 3

4 3 気象観測の歴史 嘉永6年 1853 ペリー来日を契機に 徳川幕府海軍の勝海舟 荒井郁之助が気象業務 海洋業務 明治元年 幕府海軍が秋台風と冬の暴風雪で被災 制海権を失う 明治 2 年 函館戦争終結 旧幕臣が函館気象測候所で気象観測開始 明治 8 年 内務省地理寮 東京気象台 で観測開始 明治 23 年 1890 中央気象台荒井台長就任 明治 17 年 1884 ドイツ人お雇い外国人のクニッピングにより最初の 地上天気図 作成 明治 25 年 1892 榎本武揚が大日本気象学会会頭に就任 明治 29 年 1896 兵庫県立神戸測候所創設 明治 38 年 1905 日本海海戦でバルチック艦隊撃破に天気予報が役立つ 担当岡田武松予報課長 後に台長に就任 大正8年 1919 舘野に高層気象台創設 ジェット気流 1924 年 を発見 大正9年 1921 神戸に海洋気象台創設 大正 12 年 1923.1 北太平洋天気図 の作成開始 大正 12 年 9 月1日 関東大震災で中央気象台が被災 天気図21日間空白 予報業務を海洋気象台 が代行 当時は藤原咲平予報課長が震災対応 後に昭和 17 年中央気象台長に就任 第二次大戦前の天気予報 公開されていたのは地上天気図だけ データは中央気象台からのモールス信号で放送され 観測点 測候所 や気象観測の結果は全て数字に変換 信号の数字を聞きながら頭の中で記号に翻訳し 地点 を探して直に天気図に記入 天気図の描画は各気象台 で独立に行っていた 記入が終わると等圧線が引かれ 低気圧や高気圧の位置が決められる 前線が引かれる ようになったのは戦後で 低気圧が悪天を伴う可能性 が大きいことは地上天気図が作られ始めた頃からの 経験則である 風や気温などの気象要素が急変している境界線を 不 連続線 と読んだ 前線に似ているが 気象学的な意 味づけが必ずしも明確ではなかった 天気図の等圧線のパターンに着目して 天気図型 に分類し 特有な各地の天気を対応させた これを 天 9 月1日6時は海洋気象台が作成 気への翻訳 という 戦後は 高層天気図 が作成されるようになり 精度が前進 大正 13 年 1924 国民新聞に天気図掲載 翌年ラジオで天気予報開始 昭和 14 年 1939 神戸測候所国営化 昭和 17 年神戸海洋気象台と改称 昭和 34 年 1959 当時世界最大級のコンピュータを利用して数値予報を開始 昭和 41 年 天気図極秘扱いとなり ラジオや新聞から消える 3年8ヶ月の空白 昭和 45 年 ラジオ放送に天気予報復活 昭和 29 年 1954 気象庁がレーダー観測開始 1972 年にネットワーク完成 昭和 49 年 1974 地域気象観測システム Automated Meteorological Data Acqisition System 通称アメダス AMeDAS を運用開始 昭和 52 年 1977 静止気象衛星ひまわり第1号打ち上げ 電磁波の波長による 映像観測 開始 昭和 53 年 1980 ドップラーレーダー計画 1996 年に展開 藤田博士ダウンバースト発見 平成 7 年 1995 兵庫県南部地震で神戸海洋気象台の庁舎一部破損 4

5 (4) 天気情報の活用法 A. 気象庁のホームページ (TENKI) より収集できる情報 1 静止気象衛星 ひまわり 8 号 の活用東経 度の赤道上空約 35,800km に平成 27 年 8 月 11 日から運用開始 以下は 気象衛星画像 ( 可視 赤外 水蒸気 ) の解説 HP より複写 可視画像は 雲や地表面によって反射された太陽光を観測した画像 雨を伴う発達した雲ほど厚みがあり 太陽光を強く反射するためより白く写るので 視覚的にわかりやすい画像 夜間は太陽が地球の裏側にあるため 太陽光の反射がないことから夜間の雲は可視画像に写らない 解像度は 衛星の真下付近で 500m 赤外画像は 雲 地表面 大気から放射される赤外線を観測した画像 放射される赤外線の強さは雲の温度により変化する特性をもっており 高い高度にあって温度の低い雲を より白く表現している ごく低い雲や霧は 地表面との区別がほとんどでてこない 高い高度の雲には 夏の夕立や集中豪雨をもたらす積乱雲のような厚い雲もあれば 晴れた日にはるか上空に薄く現れる巻雲のような雲もあるので 白く写っているが雨をもたらすとは限らない 解像度は 衛星の真下付近で 2km 水蒸気画像は赤外画像の一種で 大気中にある水蒸気と雲からの赤外放射 (6.2μm 帯 ) を観測した画像 この波長帯の赤外線は 大気中に存在する水蒸気によく吸収されると同時に その水蒸気からの放射が行われる特性をもっている この特性を利用して 水蒸気画像では 雲がないところでも対流圏上 中層にあるごくわずかの水蒸気からの放射を観測することができる また 対流圏上 中層の水蒸気の多いところが白く 少ないところが黒く写るように処理を施し 上空の大気の湿り具合をわかりやすくしている さらに 複数の画像を動画として見ることで 水蒸気の流れを介して上空の大気の流れを見ることができる 雲頂強調画像は 日中の領域は可視画像 夜間の領域は赤外画像を表示し その上に雲頂高度が高い雲のある領域を色付けした画像 雲はその高度によって温度が異なり その温度によって雲から放射される赤外線の強さが異なるため 観測される赤外線の強さから 雲の温度がわかり その雲の高度が推定できる 宇宙にあるひまわりから見えるのは雲頂部分なので ひまわりの観測データから上記の方法を用いてわかることは雲頂高度である 赤味がかった領域は特に雲頂高度が高いことを意味している 雲が発達して積乱雲になると雲頂高度が非常に高くなるので 赤味がかった領域の中には積乱雲が含まれている可能性があることがわかりる 特に 日中の領域で使用している可視画像では 太陽光で影ができることにより積乱雲の雲頂のでこぼこした形状が見えるため このような雲が赤く表示されているときは 積乱雲が存在するとわかる 教材化は? 動画サイトの利用 ( 切り出し ペラペラ漫画 ) 注目すべき専用 Web ひまわり 8 号リアルタイム Web デジタル台風 5

6 2 天気予報の活用天気予報 / 分布予報 / 時系列予報天気図実況 / 24 時間先 / 48 時間先週間天気予報異常天候早期警戒情報季節予報 3 レーダー ナウ キャストの活用 : 局地的な降雨 雷 竜巻情報 5 分毎に更新例 ) 平成 26 年 2 月 15 日早朝の天気南岸低気圧の周りの雲が回転をしている中心に雲がないところがあるので台風の眼のようにみえる 15 日朝 6 時頃から 8 時 15 分頃にその中心が神奈川県に上陸しました (7 時 25 分が中心付近上陸 ) 神奈川県中央部では 7 時 3 0 分から 7 時 5 5 分には雪雲は消失 一度は勢力が衰えたかに見えた しかし 7 時 55 分から埼玉県上空の閉塞前線で雲が発達し始め 8 時 10 分 20 分に茨城県南部の塊がさらに広がり激しくなった その後 8 時 55 分に 2 つの領域に分裂し 9 時 4 0 分に雲がない円形領域 ( 眼?) ができた 10 時 00 分には再び帯状 ( 西南西ー東北東方向 ) に伸びて すぐに消失 10 時 10 分 35 分にこの帯の南側に新たに相似的に帯ができる その帯に直交した北北西 南南東方向の ( 銚子半島方面からと 九十九里海岸からの 2 つ ) 雲列が北北西に動いていく 10 時 45 分には茨城県県中部で雷注意報 10 時 55 分には塊は茨城県北部に移動 4 ウィンドプロファイラの活用 ウィンド ( 風 ) のプロファイル ( 横顔 輪郭 側面図 ) を描くもの という意味の英語の合成語 地上から上空に向けて電波を発射し 大気中の風の乱れなどによって散乱され戻ってくる電波を受信 処理することで 上空の風向 風速を測定 地上に戻ってきた電波は 散乱した大気の流れに応じて周波数が変化しているので ( ドップラー効果という ) 発射した電波の周波数と受信した電波の周波数の違いから風の動きがわかる 6

7 B. NASA の EARTH の大気の流れ ( 地上 上空まで立体的に理解できる ) 海水の温度分布 海流の流れなど EARTH の画面平成 27 年 11 月 21 日 7 時 45 分の大気の流れ C.HBC( 北海道放送局 ) の専門天気図 気象庁や民間の気象会社が毎日の天気予報をつくるためもとにしている プロ仕様の天気図 数時間おきに最新の天気図をアップしているので 気象予報士を目指して勉強中の方 登山をする方 理科の授業の教材として などなど天気 気象に興味のある皆さんに活用できる この天気図が読めるようになれば気象予報士まであと一歩です! とのこと 配信時間に合わせて最新の大きな天気図を閲覧 コピーできる D. ラジオ天気図 気象要素 ( 観測地点 風向 風速 天気 気圧 気温 ) 漁業気象 ( 低気圧 台風 温暖前線 寒冷前線 台風 主な等圧線 霧の位置 ) NHK ラジオ第 2 放送で 1 日 3 回放送されていたが 2014 年 3 月 30 日を最後に 1 日 1 回 ( 午後 4 時 ) の放送となった 山岳部にとって貴重な情報 E. NPO 法人 CWS の気象データの活用例 地球温暖化時代に相応しいライフスタイルや社会システムについて提案しよう 地域の環境特性を知り 環境変化の実態と将来への影響について議論しよう 身近な素材を使った環境教育カリキュラムを作ろう ソーラークッキングなどの体験をとおし 自然エネルギーの利用を考えよう そして 環境と調和した持続的な地域社会の発展に貢献しよう 無料で地域環境ステーション ( 藤沢駅前 ) の気象データがダンロードできる F. 参考資料饒村曜 (2012) 大気現象と災害. 近代消防社 税円 7

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