6． 日射の予備観測 村井潔三＊，小林正治＊

6． 日射の予備観測

       村井潔三＊，小林正治＊

       後藤良三＊，山内豊太郎＊

 前節に述べた装置の試作は，昭和49年に分光直達日射計，昭和51年に分光全天日射計という順序でなさ れた。したがって、全天日射計による測定例は非常に少く，未だ総括するに足る量に達していないが，同 様の測定は古くから有する装置による測定があるので，その例も加えて以下説明の資料とする。直達日射 の測定は，南鳥島における総合観測の他，東京においても晴天日に実施された。以下，現在まで得られた 測定結果について述べる。

6．1 直達日射の分光測定

 南鳥島に滞在中，直達日射の分光測定のデーターが得られたのは7月26日と8月8日の二日間である。

この二日について空の状態を知るために，全天日射計による測定結果を図6。1および図a2に示す。図の 中の矢印は直達日射の分光測定の行われた時刻である。測定は雲の影響の少い時刻を選んでなされており，

26日の場合は図からわかるように測定時間中の変動は比較的少いとみなされる。しかし，8日の測定は図 に示される通り雲の影響はかなり大きく，測定時間中の変動は26日よりも大きいと考えられる。

 分光測定の結果は，第1部6章に述べた方法に従って解析し，大気外の日射量に対応する器械常数 ro（λ）を求め・各測定時刻におけるAm（λ）＝rm（λ）／ro（λ），すなわち，光路程mの大気の透過率 の波長分布を算出する。南鳥島において得られた透過率の波長分布を図6．3および図6。4に示す。図65 および図66は，得られた透過率に対応する絶対値の波長分布である。その際必要となる大気外における

2．O

      0

響ア仁・︾︸︒仁O翠O一でO﹄ ﹁q﹄O一〇 MinomトToris已imo， JuI．26，1975

  07 08 09 10   12 15 風 15 16 17h        nme

図6．1 南鳥島における全天日射量の測定値。測器は熱電堆型全天日射計    矢印は分光測定の行われた時刻を示す。（1975年7月26日）

＊高層物理研究部

一167一

2．O

      Lo

≦E・あ一．5董B﹄一88

壷 壱

曹 壷

壷

駈甲

MinomトTorishimog Aug．8，1975

o

◎

↓

、

05  06  07  08 図6．2

 09    10    11    12    15    14

     ηme

図1と同様。（1975年8月8日）

15   16h

1．0

       5

信2器一E讐O﹄ト

2 3

MinomトTbrishimo Jul．26，1975     1 14h23−14h55      ぼ しり ヨ ぱ     2 15h42−16hoO      ゆコ ロら   ハお

    31鞭写臨，

       。4  ．5  。6  。7  。8  ，9  1．O  I．I I。2  L3  14  1．5  1．6  17  L8  L9 2．0

      λ（μm》

図6．3 直達日射の分光測定から求めた大気の透過率の波長分布。南鳥島，1975年7月26E

1。0

     5

⊆O窃盟Eω8﹄↑

3 2

Minomi−Toris同mo Aug。8gβ75 1 05h25−05h42  m■3．949−5。165

206hl7−06h43

 m冨2261−1。881

510h51−Ilho5

 m81．OIO−1．Ol2

．4  ．5  ．6  ．7

図6．4

。8  ，9  LO  LI l。2  1．3  14  1．5  1．6  17  U3

     λ（μm》

図3に同じ。（1975年8月8日）

1．9 2．O

一168一

藻膝疹

1

∈4・一二E・≧︶88もo﹄﹄一

Minomi−Torishimo  JuI．2691975     Time   m（Airmαss｝

  l l4：25−14：53  1．529−1．785   2 15：42−16：00 2546−5．048   3 6：29−16二36 4。495−5．081   1。IEx曾ro奮erres量r回volue   I磯：Molecubrαmosphere（m8L529−i．

。4  ．5  ．6  。7  ．8  ，9  1．O  I．l  l2  1．5  L4  し5  1β  1』7  L8  13  2。0

       λ（μm）

図6．5 直達日射エネルギーの波長分布。南鳥島・1975年7月26日

一二ξあ一︶8遷−p

准＼翫

MinomトTorishimα  Aug．8，1975     Time    m（Air mqss）

  10525−05142 5．949−5．165   206：17−06145 2261−1．881   3 10：51一目：05 1．OIO−1。OI2   101Ex倉ro↑erres奮riol volue   I魔IMol㏄uk】rαfmosphere（m81）

．4  ．5  ．6  ．7  ．8  。9  L〔）  1．1  口  ほ5  』4  L5  1．6

      Mμm｝

    図6．6 図5に同じ。1975年8月8日

17 し8 K） 2．O

入射エネルギーの波長分布としては，N ASAの測定を基にしてThekaekara等（1971）がまとめて出 版した値について，地球太陽間の距離の変動を考慮して用いてある。この値は，波長について積分したい わゆる太陽常数の値が1．9401y／minであって，践奎用いられている値よりも僅かに小さいのであるが，

この値を得るための測定は，大型航空機を用いてかなり注意深く数多く繰返されており，また，Kondm一

、tyev等（1967）の気球による測定も1。941y／minという太陽常数を得ていることなどを考慮して信 頼し得るものと判断して用いられたものである。

 図6．7は比較のために東京における測定の例を示したものである。季節の相異，太陽高度の相異がある ため，必ずしも良い比較にはならないが，大きな特徴としては，紫外，可視域における減衰は東京の方が 著しい。近赤外域を比較すると，東京が冬の内陸の測定であるのに対し，南鳥島は大洋上の孤島であり，

しかも夏の測定であるため，水蒸気の吸収の差が著しく現われている。東京の測定例では，0。7μmおよ びα8μmの吸収帯の吸収はほとんど認められないのに対し，南鳥島の測定ではこの吸収帯でもかなり顕        ＿169一

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  Tokyo      h  h

−Dec．1，976 1107一 9 一一」。n．6，9π1悟1帽

．4  ．5  ．6  ．7  。8  ．9  1．O  l．I I。2 1．5 1．4 1．5 1．6 1．7  1．8 19  2ρ

      Mμ・m》

 図6．7 東京における直達日射エネルギーの波長分布の例

著な吸収を受けている。α9μm以上の長い波長域の吸収帯でもその差は大きく，南鳥島の場合には吸収 の少い波長に対する水蒸気の吸収の効果を正確に評価することが重要な課題となる。

 次に，上に示した資料から得られる消散係数の波長分布にっいて記す。図6．8a〜dは，南鳥島の測定 例である・この図には，第1部の（6・2）式で表わされるτ（λ）・τR（λ）およびτM（λ）の波長分布 が示されている。τ班とτAを分離して求める方法は現在得られていないのでここではτA＝0と仮定する。

τR（λ）の値としては，EIterman（1968）が求めた空気分子，オゾンおよびエー・ゾルについての消 散係数の高度分布の表を用いてある。オゾンの吸収は図の曲線のα5μm付近から0．65μm付近の間に現 われている。これはChappuis bandによる吸収である。オゾソ量の実測値がある場合にはτG（λ）

が正確に求められるが，これが得られない場合はこの波長域の前後の値をなめらかな曲線で結んでオゾン 吸収の成分を取除いてある。近赤外域におけるエー・ゾルの消散係数を正しく求めるためには水蒸気の成 分τG（λ）を求めなくてはならないのであるが，可降水量の実測値が得られない限り厳密には不可能であ

る。図6。8では，近赤外におけるα75，1．05，1．25および1．55μm付近に現われるτ（λ）の極少値 は水蒸気の吸収の効果を受けないものと仮定し，

τH（λ）ニτ（λ）一τR（λ） （61）

によってエー・ゾルの消散係数を決めている。他の波長のτM（λ）は上の様にして定めた値を滑かに結ん だ曲線によって求めてある。以上のような手順によってτM（λ）の波長分布が得られるのであるが，近赤 外域の水蒸気の吸収の効果を精密に求めることが最も大きな問題として残されている。

 エーロゾルの消散係数を比較するために東京の測定例を図6．9a〜dに示してある。また，図6．10は 1976年に南極における測定結果で，南鳥島と同様，バ・クグラウンドの状態を示すものである。これら

を相互に比較すると，一見して明らかな相異は東京における紫外，可視域の値が他に比して大きいことで ある。これに対し，近赤外域における値は著しい差が認められない。消散係数におけるこの相異に対応す        一170一

O翠O＝XU

Minom卜Torishimo

5 派＼

。05

Jul．26，1975  h   h_{l423−14 53}

＼ τ（λ》

＼  ＼  ＼ ＼   ＼

   v。（λ）

   ＼    ＼    ＼

7』1λ）

．35．4   ．5  ．6 7 βλa

Minomi一 「Orishimo

LO5L25 15  1β2 μm

O旧やO＝XU

Minomi−Tori醐mq

臥

5

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．05

Aug。8，1975  h   h

O525−0542

Jul．26．1975  h   h

1542−1600

＼式λ）

＼  ＼  ＼

 ＼  ＼   ＼

       ・       ＼       覧       ＼       ︑         ＼

     O写O≦荻U 試

．05

＼ 箱（λ1

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  ＼τ臼〔λ》

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τ』1λ）

。35．4   ．5  ，6 ．7 ．8

       λ        b

1。05 125 L5  L82 μm

信0＝O一舶翼U

Mlnom卜Torishimα

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．05

Aug．8gl975  h   h_{O6、7−0643}

＼ τ｛λ》

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 ＼

  ＼τ圏 λ》

  ＼   ＼    ＼

    ＼τ魔｛λ）

    ＼      ＼

    ．35！匹  。5 ・6 。7・8   1・05L25 L5 182路m       ・ヨ54  ・5  ・6 ・7 ・8   LO5惚5 隠  L82μm        λ       λ

       c      d        図6．8a〜d 直達日射の分光測定から求めた消散係数の波長分布。南鳥島，

      1977年7月26日および8月8日

るエーロゾルの粒径分布の相異を知るために，消散係数の測定値から粒径分布の推定を行う必要がある。

粒径分布の推定には次の関係式が用いられる。すなわち，

         τM（λ）一π∫r2・K（α・n）n（r）dr      （α2）

      一1

であって，rは粒子の半径，αニ2πr／λ，宣は粒子の複素屈折率，r1，r2は散乱にあづかる粒子の上 下限の半径の値である。K：（α．宴）はMie散乱におけるeff iciency factor（Van de Hulst，

      一171一

⊆O一↑O一↑X﹈

Tokyo

駄＼＼

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．05

Dec．l g l976

 11h o7

 τ（λ》

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  ＼      ＼＼＼ 拍2   ＼τ．（λ）   ＼＼

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    ＼     ＼

．55．4  ．5 ．6 ，7 85 105125 L5 L82μm    λ

信O＝O；XU

．5

」

．05

Tokyo

      晦      ● Apr．21，1977 15 30       ●

   τ《λ》

  、

  τ鵬（λ）

      ミミ

      ＼＼ 、 隔、     ●

        ＼

      ＼＼ 21   ＼

  ＼陣｛λ》

   ＼     ＼     ＼      ＼

 ＼       ＼

＼        ＼

＼    ＼＼＼ 842

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．55。4   ，5  。6  。7  ．85  105 La5 L5  L82μm

       λ         b

＝O一↑O仁一輌X国

Tokyo

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Jon．691977   h53

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．55．4  ．5 ．6 ．7  、85  1．05125 し5  L82μm

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Tokyo

．5 ＼

．05

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Jon．29，1977  12h40

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＼  麻x

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 ＼  ＼

  ＼τ臓〔λ》

   ＼    ＼   ＼

図6．9a〜d

・35・4 ・5・6・7・85LO51・2515し82μm        λ

       d

東京における消散係数の波長分布の測定例。○および⑭印はフイルターを用いた測定による値で あつて，⑭印はレーリー大気によつて平均波長を決めた場合の値で，○は分光測定の結果を用い 混濁大気として決めた場合の値である。図の右下側の数字はτM（λ）一βλ口復と表わした場合

のαの値である。

1957）と呼獄れる因子であって，1個の粒子の散乱断面積と幾何学的断面積との比で表わされる。

n（r）は（r，r＋d r）の間に含まれる粒子の総数を表わす。測定によってτM（λ）の波長分布が得ら れれば，その値を用いていわゆるinversionの方法（Yamamoto and Tanaka）によってn（r）を求

一172一

2

．5

κ︾﹂

Showo s奮o曾ion

．05

      h

− Jon．28，1976 13 55 一・一 Feb， 9，1976 14h45

一一枷r．18，e7612h30

−  ．一一︸一︑         ︑

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      ︑＼

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  ＼︑ ＼﹄

＼

．5

図6。10

．4 。5 ．6。7β3LO   L5 20μm

    λ

南極昭和基地におけるτM（λ）の 測定例

めることができる。この場合，玉の値と粒子の形状について の仮定が必要となる。㌃の値，すなわち，粒子を構成する物 質についてめ研究は，日射に対するエー・ゾルの効果を論ず る場合の重要な要素として取上げられ，近年多くの研究がこ こに集中している。粒子の形状は，現在ほとんどの場合に球 形として取扱われている。球形から外れた場合の効果につい ては，たとえば，回転楕円体の場合と球形の場合の散乱関数 の計算値の比較などが二三の研究者によ？てなされているが，

この問題に関する研究は十分とはいえない（Deirmendj ian，

1969）。

 図68，6。9および6。10から求めたエー・ゾルの粒径分布 を図6．11，12および6。13に示す。この場合，粒子は球形と し，宜＝1．50−o。O iを仮定してある。これらを相互に比較 するとほぼ次のような傾向が認められる。

（i）全般的に，いわゆる指数法則で表わされる場合は非常に少ない。

（li）東京と他の二地点の相異は，半径1．0μmよりも小さい領域で著しく，南鳥島の分布はα1〜1．0  μm付近における差が顕著である。昭和基地の分布曲線は，半径約1．0μmよりも小さい領域で東京  よりもかなり小さい値を示している。

（面）半径約1．0μm以上の領域では相互間の相異は少なく，分布の形はほぼ指数関数分布に近い。これ  らの特性を総合して考えると，大気の混濁を著しくする原因の主体は，半径約L Oμm以下の比較的

       MinomトTorishimo      Tokyo

  lOl2       10。2

lOlo

108

 6＿io

⊆

 4¹⁰

lO2

loo

︑︑

一」ul．26論75幽3

 −Jul．26，1975 15h42

二二一鱗．q隔励5

二二篇＆騙寵

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 ＼ミ§・＼

 αI    Iρ    1（》Oμm      r

消散係数の波長分布から求めたエーロゾ ルの粒径分布。（南鳥島）

lOlo

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 6

＾IO

⊆

IO．

lO2

loo

図6．11

α器器        ︑賦

三＝＼ 卿欝器  眠 椰翻留    眠︑ ，需ぽ      ︑＼︐

臥

、

図6．12

 αI    I．O    IαOμm      r

東京における測定例（図9）に対応する エーロゾルの粒径分布

一173一

1002 Showσ s量G†ion     小さい粒子の増加にあるといえよう。これに対し，

IO−o

Ip

 6＾IO

仁

 4 10

lO2

loo

＼

．＿昌39：2雪：留含磯 一・一Mor．18，β76 12h50

＼

＼

図6．13

0．l    l．O    l（》Oμm

    r

南極昭和基地におけるエーロゾル 粒径分布の例

       1．0  μm・より大きい半径領域では，粒子数，粒径分布ともに  変動が小さい。

 以上，直達日射の分光測定から得られた資料について整 理したものを列拳したのであるが，パックグラウソド状態 における測定例は未だ少なく，詳細については不充分であ るが，大まかな特性は得られたように思われる。

6、2 全天目射の分光測定

 はじめに記したように，全天日射の分光測定は装置の完 成からまだ日が浅く測定回数が極めて少い。ここには，試 験的に行った測定の二三の例を示すにすぎない。

 図614a〜dは，東京における測定例を示すもので，紫

1．0

0．8

⊆o

もo oO．6

』0

oΩ_O．4

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OO

λ冨O．35μm   マ Aug。14，9975   ● Sep．9，1975   A Dec．17，1975   0 0c↑．6g I975

 ▼ワ 舟oン e 9ゐ

      マ

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  A  ム

    A   6

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︾    o   ooo

マ Augj4，1975

●Sep。9，1975 ム Dec．17，1975 00c曾．6，1975

1．O

（）．8

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．Ω0

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O，2

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 2     3 Air mGss 4

λ・O，50μm

7  玲・y e 9ゐ

  7   マ      ▼

λ・O．60μm

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マ Aug。14，1975 0 Sep．9，1975 A Decj7，1975 00c曾．6，1975 A

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1．0

O．8

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もo oO．6

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090．4

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▼．＾亀

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ム 馬

マ Aug。14，1975

●Sep。9，1975

△Dec。17，1975 0 0c↑、6，1975

図6．14a〜d

A

 254 

全天日射の分光測定の例。滑らかな曲線はレーリー大気についての計算値

         一174−

      O

d

外および可視域の全天日射量の実測値とレーり一大気の 値と比較して表わしたものである。縦軸の値は大気外の 水平な単位面積に入射する日射量，すなわち，μo IO（λ）

（μ・＝c・sZ・・Z・：太陽天頂角）に対する相対 値で表わしてある。測定は何れも快晴の状態で行われて おり，各測定日におけるエーロゾルの消散係数の平均値 の波長分布を図6．15に示してある。図6．14に示された滑 らかな曲線は，レーリー大気の場合の計算値であって，

この値と実測値との差がエーロゾルによる効果を示して いる。図6。16a〜dはこれに対応する天空散乱日射の値 を示したものであって，この場合にもレーリー大気につ いての計算値を曲線で示してある。・図614と図615を比 較するとエーロゾルによる消散係数の値が大きくなるに

 λ30。35μm   ママR。ヨ、凝

ワ▽   マ・

K︾ぽ 086Lαα

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α04

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㊦  1975_㊦  Oc↑．6

Dec．17

Sep．9

o Aug．14

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図6．15

O．4

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⊆o o

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  ●     丘  る

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▽ Aug．14，1975

● Sep， 9，1975 A Dec，17，1975 0 0c†． 6，1975

 2    3 Air moss 4

 O．4  0．5 0．6Q，7Q。8（》9LO

   λ（μm）

全天目射量測定の行われた日のエーロ ゾル消散係数の波長分布

O．4

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  にO軍OもO﹄①のコt一〇

       a

0．1

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●Sep， 9，1975 A Dec、17，1975 0 0c曾． 6，1975

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 2    3 Air moss 4    λ30，50μm

Aug。14g I975

Sep，9，1975      ▼ Dec，17，e75

0c曾．6，1975       9   ●

     9

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  7         7

 》

  鹸／

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 Air moss

図6．16a〜d

λ・O。60μm

b

O．4

5       2

0。    α

⊆O虞Oも90のεとO

       C

O．1

Aug。14，旧75 SOP．9，975 Dec。17，e75 0c曾．6，975

ワ

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       る

  o   A6  0 喚軸

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・識健

  4        0    1   2    3

      Air moss

図6．14に示された全天日射量の中の散乱光成分

       O

4

d

一175一

従づて全天日射量の値は小さくなっている。一方，天空散乱日射量の方も消散係数の増加に従って小さく なる傾向を示しており，波長が短かくなるに従ってレーリー大気の値よりも小さくなる場合も現れている。

このように，エーロゾル粒子の増減は天空散乱日射量に大きな変動を与えているのであるが，これらはエ ーロゾルによる散乱と吸収の両方の複合効果によるものと考えられる。ここに述べた測定は地上における 測定のみであって，天空へ散逸する上向きの散乱光の測定値は得られず，エーロゾルによる吸収量の直接 測定は不可能である。従って，上述の測定値と理論計算との組合せによってエーロゾルの性質，すなわち，

濃度，粒径分布，屈折率等について調べることが今後の問題となる。

       参 考 文 献

Deirmendj ian，D．，1969＝Electromagnetic sca ttering on spherica l        polydispersions，American Elsevier，New York．

El terman，L．， 1968：

       to50km，

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