December, when anticyclones are predominant.（2) The inversion layer developes to an altitude of 200 m and the inversion　temper-

長崎大学教育学部自然科学研究報告 第31号 33〜47（1980）

長崎における接地逆転層の気象学的特性

荒生公雄・西永 優＊・横山秀敏＊＊

長崎大学教育学部地学教室

（昭和54年10月31日受理）

MeteorologicalCharacteristicsofthe Ground lnversionat Nagasaki

Kimio ARAO，Masaru NISHINAGA and Hidetoshi YoKOYAMA

Department of Earth Science，Faculty of Education，

NagaSaki University，Nagasaki852

（Received Oct．31，1979）

Abstract

The vertical distributien of atmospheric temperature measured at the slope of Mt.

Inasa in Nagasaki City has been compared with the relative measurements by the 

gondola of Nagasaki Ropeway. It can be said that the temperature profile at the slope of Inasa obtained at nighttime almost agrees with that of the gondola which

flys more than 20 m above the slope.

Then, the temperature measurements at this slope in the early morning has been utilized in order to study meteorological characteristcs of the ground inversion. Main results obtained in this study are summarized as follows;

（1) The ground inversion at Nagasaki occures most frequently in November and

December, when anticyclones are predominant.

（2) The inversion layer developes to an altitude of 200 m and the inversion temper‑

ature grows as great as 4℃.

（3) The inversion ordinarily occurs in a critical condition that the mean wind speed

in the nighttime is less than 1.O m/s.

＊ 現在 福岡県春日市立春日東中学校

＊＊ 〝 長崎県小浜町立小浜小学校

1．はしがき

 気温の逆転は大気を著しく安定にし，汚染物質の上方への拡散を妨げるから，大気汚染防止 の観点から見逃すことのできない重要な気象現象である。産業の発達とともに多量の汚染物質 が大気中に放出されるようになったため，逆転層は人間の生命さえも脅かす舞台装置とも言わ れるような側面をもっている。日本では，当舎（1953）によって接地逆転層の発達過程が川口 鉄塔を用いて研究されたのを皮切りに，各地で逆転層の実態を把握する調査，研究が行われて 来た。特に，最近ではタワーや係留気球による極めて直接的で正確な測定が実施され，環境ア セスメントの貴重な資料として各方面で盛んに利用されている。最近の研究のなかでも，測定 点の立地条件や総観気象条件によって，逆転層がかなり多様な様相を示すことを各地の観測資 料によって明らかにした，千秋・西宮・赤井（1975）の報告は総合的で示唆に富んでいる。と ころで，長崎県環境部は1976年秋に稲佐山斜面に逆転層観測装置を設置し，気温鉛直分布の観 測を開始した。タワーや係留気球等の観測に比べれば，山地利用観測装置には種々の難点があ ることはよく指摘されるところである。しかし，数100卿のタワーの建設や係留気球による通 年観測などにはぼう大な経費を要するから，山地利用による方法もよく用いられる（たとえ ば，北九州市公害対策局，19751根山・山本・大奈，1976）。筆者らは稲佐山逆転層観測装置 の記録を利用する機会に恵まれたので，この装置の特性を把握し，さらに，逆転層の気象学的 解析を試みた。ここでは，稲佐山観測装置の特性を概観したのち，長崎市における接地型逆転 の年間を通じての発生頻度，その規模および発達過程を明らかにするという立場から解析を行 なった結果を報告する。

2．稲佐山逆転層観測装置の概要

 長崎県環境部が稲佐山斜面に設置した逆転層観測装置は6つの観測点から成り，その高度分 布および地形上の特徴を第1図に示す。6観測点のうち，第1高度から第5高度まではケーブ ルで連結され，第1高度を基準点とした白金抵抗体による温度差計群を構成している。ケーブ ル長の関係で連結できなかった第6高度だけは独立の白金抵抗温度計が設置され，電気湿度計 の出力とともに記録された。従って，自動平衡記録器は第1高度と第6高度に置かれた。温度 の記録精度は白金抵抗温度計で±O．5℃，温度差で±O．2℃である。このため，第1高度から 第5高度までの気温のプロファイルは十分正確であるが，第5高度と第6高度とのつながりに

はやや難点がある。これらの高度分布は接地型逆転の把握に主眼を置いたため，地面近くにや や密に配置された。各高度における地上高は第6高度を除くと，3．6郷〜6．3窺の範囲にある。

ただし，第6高度の温度計はロープウェイ山頂駅の屋上からL5彫の高さに設置された。

 次に，平面図を考慮に入れて本装置の立地条件をみることにする。山の斜面が東側に開いて いるため，日の出後間もなく日射を浴びることになる。この点は立案段階でも危惧されたが，

立地上の全体的な条件（たとえば，保守点検の利便，山地の傾斜角，最高点の高さ，入家の影 響，市街地内であること等）からこの地に設置された。特に，ロープウェイが頭上を走ってい ることから，保守点検作業が容易であるという判断があった。実際には，こればかりでなく，

上下の駅を結ぶ通信用電柱に温度を据えつけたり，特別観測をゴンドラから行なうなど，結果 的に，ロープウェィの施設が果した役割は予想以上に大きかった。各高度は尾根すじを選んで 設置されたが，基準点のみは小さな谷沿いに位置し，周辺に人家も多い。

長崎における接地逆転層の気象学的特性 35

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観測点の立地条件と高度分布。図中の太字は温度計の高度を，斜字は地上高をそれ ぞれ蜘単位で表わす。ただし，第6高度の地上高は屋上からの高さである。

 さて，本装置の観測記録を点検した段階で，直ちに，1つの大きな難点に遭遇した。すな わち，第2図に示すように，晴天の日の午前中に中腹の測定点で異常な高温となる傾向があら われた。図では，8時から9時までの水平面日射量の1時間値を20cal cm層2hr一ヱを境にし てパラメーターにとった場合の，朝9時の温度プロファイルを示している。曇がちの日は

1例を除き逓減状態にあるが，晴天の場合はいずれも第3およ』び第4高度で極端な高温が形 成されている。これは日射が山の斜面を加熱し，比較的地上高の低い測定点の気温を上昇させ

るものと推定される。しかし，地上高ばかりではなく，地形および電柱の下地の状態や周辺の

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第2図 稲佐山における気温鉛直分布と水平面日射量の関係

28

樹木・人家など，いわゆる地物の状態にもよると考えられる。ひとたび設置された装置の移動 は非常に困難であるから，係留気球観測の実施を待って本格的な検討を行なうことになった。

3．係留気球観測との比較

1978年11月，長崎市は市内の気象現況調査を，日本気象協会福岡本部に委託して実施した

（長崎市，1979）。その際，稲佐山観測装置から1肋ほどの距離にある浦上駅付近で係留気球

長崎における接地逆転層の気象学的特性 37

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第3図 稲佐山観測装置と係留気球観測による気温鉛直分布。破線が係留気球観による    測結果で，時刻の横のOは快晴，風力（を表わす。

観測が行なわれた。これにより，朝から夕方までの自由大気における気温鉛直分布が6日間得 られた。これらのデータの比較はその報告香r長崎市の気象現況」に詳しいが，晴天の朝の気 温分布の推移を1例だけ第3図に示す。稲佐山観測装置の気温分布は日の出直後は係留気球の 観測にかなり近いが，山肌が日射を浴びるにつれて中腹で急速に昇温し，9時には約2℃も自 由大気よりも高温になっている。しかし，図には示していないが，午後に入ると大気の混合が 盛んになるためにその差は縮まり，15時頃には再び両者の分布は一致するようになる。さら

に，曇天の日や強風の場合には，両者の差はほとんどなく，温度の示度そのものには若干の違 いはあっても，鉛直プロファイルはよく似た分布となった。また，係留気球観測では2日だけ 規模の大きな逆転に遭遇したにすぎないが，鉛直方向の連続的な気温観測により稲佐山観測装 置では描き出せない，詳細な状態曲線を示した。それにより，逆転層の最底部に等温層のあ

る，いわゆる都市型逆転層（林・横山・蒲生，1974）であることが明らかになった。

4．ロープウェイ観測との比較

 係留気球観測をもとに晴天弱風の朝の記録を考察すると，日の出前の稲佐山観測装置の記録 はかなり自由大気に近いことが予想された。そうであれば，日の出直前に最大に発達する放射 冷却型の接地逆転は本装置で十分把握可能となる。これを確かめるためには夜間の比較観測が

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第4図 長崎ロープウェイの運行路線断面図。太字は標高，斜字は地上高を解単位で表わす。

必要である。そこで，ロープウェイのゴンドラを利用して夜間観測を試みた。使用した温度計 は，センサーとして半導体プローブを用いたディジタル温度計（横河製，Type2574）で，精 度は一50℃から＋150℃の範囲で±O，5℃である。しかし，実際には，1台でせいぜい温 度幅数℃の範囲のなかの変化を追跡するだけであるから，かなり正しいプロファイルが期待さ れる。ただし，運行中の応答のおくれによる障害はあとでふれる。まず，第4図に長崎ロープ ウェイの概念図を示す。中央電力研究所の千秋鋭夫気象研究室長からの私的にいただいた助言 では，山地利用観測値は地上高が20窺程度以上でないと自由大気の温度分布とはみなせないと のことである。この観点からロープウェイをみると，稲佐山観測装置よりもずっと良質の記録 を得る条件を備えている。高度60剛まではゴンドラと地面の間の高さは割合低い（10解前後）

が，その上の高さでは最低で20燗，最高で50彫の地上高をもって山頂まで上がってゆく。従っ て，第一近似としてゴンドラの観測を自由大気の気温鉛直分布とみなすことができる。

 第5図に夜間の比較観測の例を示す。図の（a）は1月8日夜，（b）は1月9日早朝の場合であ る。長崎ロープウェイは片道に4分半を要するから，往復には約10分の時間がかかる。この比 較的短い時間内でもディジタル温度計で得られたプロファイルは，上りと下りとでかなりはっ

きりした別個の曲線となるため，図には上下2本の状態曲線を表示した。稲佐山観測装置の記 録はこの時間内の平均値を採用しているが，これら4つの観測時刻の違いには関係なく，3本 の状態曲線は非常によく似た分布を示している。すなわち，上りの状態曲線はいずれも稲佐山 装置の気温分布よりも低温であり，下りの曲線は逆に高温となる。このことは，ロープウェイ 観測における上りと下りの間の食い違いはディジタル温度計の応答速度に原因がある，という ことを示唆している。実際，ディジタル温度計のセンサーであるプローブの大きさは，直径 2．3吻勉，長さ7伽勉であるから，このような観測目的からみると熱容量が大きいと言わざるを得 ない。定速運行中のゴンドラは5m／sで走行しており，10秒間でも157nほど高低差が生ずる。

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第6図稲佐山斜面とロープウェイから得られた気温鉛直分布（その2）

この間にプローブが周囲の気温となじんで出力されるにしては，やはり時間が不足すると言え よう。このような難点があるものの，稲佐山観測装置の夜間の気温分布はロープウェイの路線 上の分布とよく一致している，と結論することはそれほど困難ではない。また，ロープウェイ の路線上も地面の影響を受けているおそれについても念のため検討を行なった。しかし，第6 図に示すように，晴天弱風の日の9時頃の比較観測ははっきりとそのおそれを解除した。こ の図から，稲佐山観測装置の第3および第4高度では極端な高温となっているが，ゴンドラ上 の同一高度ではそのような傾向のないことが読み取れる。

 以上のような一連の比較観測から，逆転層形成時の稲佐山観測装置による早朝の逆転高度お よび逆転温度の記録は十分信頼できる，という結論を得た。ただし，晴天の日は朝から昼すぎ まで日射の影響を受けるために，逆転層の解消過程については不確かな面が残されていること を留意する必要がある。

5，結 果 と 考 察

 これまでに述べた稲佐山観測装置の特性を十分配慮し，一年間にわたる観測記録を解析し た。その期間は1977年12月から1978年11月までとしたが，これは季節区分を3ケ月ごとにと

り，12月から2月までを冬としたことによる。実際の解析を行なうにあたり，次のようなデー

長崎における接地逆転層の気象学的特性 41

タ処理上の基準を設定した。

 （1〉早朝6時の記録のみについて考察する。

 （2）逆転高度と逆転温度を解析の中心課題とし，細かいプロファイルには立入らない。

 （3〉逆転温度が1℃未満の弱い逆転は，統計処理のうえで，接地型逆転の範疇から除外する。

（1）は稲佐山斜面での晴天の日射の影響を除去するためである。夏の日の出は6時よりも早い が，本装置の北東側は金比羅山（標高366アn）の方向にあたり6時頃のデータはまだ日射の影 響を受けていない。そのため便宜上年間を通じて6時の記録を用いることにした。

 第2の基準は観測点が6点から成ることに由来する。6点だけから高度に対して連続した気 温の鉛直分布を描くのは困難である。特に，逆転高度は特定の観測点の上側か，あるいは下側 に取ることによってかなり高さが異なる。従って，ここでは6点のデータだげを用い，最も高 温の観測点の高さをもって逆転高度とし，その温度と基準点の温度との差を逆転温度と定義す

る。第3の基準は第1高度（基準点）の立地条件によるものである。第1図に示したように，

この位置は小さな谷沿いにあたり，夕方から冷気の沈降により低温化する傾向がみられ巻。す

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   第7図 長崎海洋気象台と稲佐山第1高度での最高および最低気温の比較

35

なわち，この山の斜面でり観測には，厳密な意味では，接地逆転ばかりでなく地形性逆転の影 響も含まれている。

 ところが，第5図から推察されるように，逆転がある程度発達すると，山頂の気温よりも基 準点の気温の方がずっと低温になってしまい，冷気の沈降は止む。つまり，山の標高が比較的 低いために，地形性逆転の著しい発達には至らないと言える。第7図に長崎海洋気象台と稲佐 山基準点での最高および最低気温の比較を示す。最高気温はばらつきがあるものの割合よく一 致するが，最低気温では本装置の方が低めになることがよくわかる。この低温は気温が低い場 合に強められる傾向にあり，ほぼ1℃内外である。その温度差は冬の場合も同じであった。こ のような状況から，O℃から1℃に満たない逆転は立地条件の影響を受けているおそれが十分 にあり，逆転の統計から除くことにした。

5−1．年間の逆転発生日数

 各月の逆転発生日数を第8図に示す。ここでは逆転温度の大小により4つのランクに区分し て発生日数を示している。高温多湿で，夜間の時間が短い夏には逆転の出現は非常に少なく，

また発生したとしても規模がかなり小さいことがわかる。また，季節風が強まる1月および2 月にも逆転の発生はかなり抑えられる。最も逆転層が頻繁に発生し，しかも規模も大きいのは 11月および12月である。両月はともに20日以上も逆転が出現し，そのなかには3℃以上の大規 模逆転が11月には5日，12月には7日も含まれている。この時期には移動性高気圧に覆われる 割合が多いことに原因がある。次いで，やはり移動性高気圧が通過する3月から5月頃にやや

多い。

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る。

5−2．逆転層の高さ

 前節では逆転の温度のみを議論したが，ここでは逆転層の高さについて述べる。基準点より も気温の高い観測点が2つ以上ある場合に，そのうちで最も高温となっている観測点の高度を そのまま逆転高度とした。従って，逆転が2層の構造をもつとみられるような場合でも，最も 高温である観測点からの逆転として処理されることになる。しかし，そのような極端な場合は それほど多くなく，特に，大規模逆転は大体一層とみなせるようなプロファイルを示した。

 第10図に各観測高度からの，逆転の温度別の発生頻度分布を示す。夏には大きな逆転がない から，冬，春，秋の3シーズンについてまとめたものである。縦軸は逆転温度をO．2℃ごとに とり，横軸の各高度から逆転層の頻度分布を横方向への棒グラフとして示している。

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第10図 逆転高度と逆転温度の出現頻度分布

長崎における接地逆転層の気象学的特性 45

 この図にはO．1℃以上の「逆転」はすべて示したから，統計処理上無視された1℃未満の弱 い逆転も含まれている。これに関連して，第2高度から逆転がある場合には圧倒的に1℃未満 の逆転温度をもっており，上に述べた地形性逆転の影響として考察することができる。本報で 1℃未満の逆転を統計上除去したことはこのような観点からも妥当性が裏付けられる。第10図 により，長崎で発生している逆転層の大部分は第4高度（171解）に気温の極大をもつことが わかる。第4高度に比べて，第3または第5高度からの逆転が非常に少ないことも目につく。

しかし，気温の極大が第4高度にあっても逆転温度の分布はかなり分散している。そして，図 から1．5℃周辺，2．5℃周辺および4．O℃周辺の3つの逆転温度の集団に大別される。逆転温度 がいくつかのグループに分かれる原因は明確には解析できていないが，風速が大きな要因にな っていることは確かなようである。また，筆者らは1978年12月から1979年1月にかけて稲佐山 にかかるスモッグ層のスケッチ観察と写真撮影を行なった。それによると，スモッグ層は地表 から約120溺までの濃密で厚い層と，高さ200郷前後の淡くうすい層の2つに分けられることが 多かった。地表面に接している層は白色状でかなり不透明なのに対して，2層目は非常に薄く やや青味を帯びてみえる。太陽高度が高くなるにつれて，下層のスモッグ層が徐々に上昇し，

第2層と合流し，さらに空全体を白濁させたのち，スモッグが消滅する。これらの観察結果と 気温分布とを対応させると，逆転層の上限は第4高度よりはやや高く，180郷〜200溺程度で ある，と推定できる。この逆転高度は山口盆地での観測結果（田辺，1974）と一致するばかり でなく，千秋・西宮・赤井（1975）の報告で述べられている放射性逆転の標準的な高度であ る。スモッグ層の第2層目がこの上限に対応し，地面に接する第1層は地表面で放出されたエ ーロゾルが乾燥断熱的に上昇できる領域と考えることができる。

5−3．逆転層と気象要素

 接地型逆転が夜間に発達するのは地面の放射冷却が進行するためであるから，一般に高気圧 に覆われ，晴天で風が弱い場合に多く発生する。このほかに，夜間の時間的な長さや大気放射 に影響を及ぼす水蒸気量なども逆転層の形成に関与している。しかし，夜の長さや水蒸気量は 季節的にみればそれほど目変化が大きくないから，夏の逆転が少ない要因としては指摘できる が，ほかの季節ではむしろ2次的な要因と言える。そこで，第ll図に逆転温度階級の夜間の平 均風速および気温の冷え込みに対する関係を示す。縦軸の風速は長崎海洋気象台における○

時，3時および6時の3回平均風速であり，横軸の冷え込み温度（jTs）は前日18時の気温と 当日早朝の最低気温との差で定義する。冷え込み温度も海洋気象台の観測を用いた。なお，横 軸はパスキル安定度にならって放射収支量の平均値をとることも考えられるが，ここではより 実感的な気温の冷え込みを採用した。試みに放射収支量を横軸にとった図も作成したが，結果 はほとんど変らなかった。第11図より，夜間の平均風速が2m／sゑ上の場合には，季節に関 係なく逆転はほとんど起らないことがわかる。さらに，逆転の規模の大きいものはほぼl m／S ゑ下の微風時に限られている。しかし，平均風速だけでみると二重丸と黒丸との間にははっき

りした差はない。冷え込み温度では黒丸がやや二重丸よりも右に寄る傾向がみられる。もう一 つの観点は冷え込み温度が小さい場合である。このような条件は曇天や温暖前線の通過などが 考えられるが，風速が小さくても逆転はほとんど発達していない。第工1図のなかでも季節によ

って冷え込み温度の境界に差があるが，夏を除くと，夕方から翌朝までに5。C程度の気温低下 があり，夜間の平均風速が1m／s未満の場合にはかなりの規模の逆転層が形成される，と言

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夜間の平均風速および冷え込み温度と逆転温度の関係。逆転温度の区分は次の通りである。

×：逓減，△：0．1〜0．9℃，○：1．0〜1．9℃，◎：2．0〜2．9℃，●：3．0。C以上

10

 天気図型で分類すると上のような気象条件は高気圧の前面から中心付近の位置にあたる場合 が圧倒的に多い。そのため，微風ではあるが，逆転層が発達した目の早朝の風向にはかなりは っきりした規則性がある。長崎海洋気象台の6時の風向でみると，逆転時にはNNEとNEに 集中性が非常に強く，ほとんどはNからEまでの90。の範囲内の風向をもつ。風向を決められ ないような無風状態でも逆転が起ることは勿論であるが，この：NE方向の風は気圧傾度がゆる い時の夜間の陸風とよく対応している。

長崎における接地逆転層の気象学的特性 47

6．総括と課題

 稲佐山逆転層観測装置は気温測定点の地上高が低いために，晴天日の朝にはかなり日射の影 響を受けている。このため，日中の観測記録は自由大気の気温鉛直分布とみなし得ず，逆転層 の解消過程を究明する目的のためには使用できない。しかし，ロープウェイの比較観測により 夜間の逆転形成時の記録は自由大気の分布とかなり近いものと判断できる。従って，本報告の データ解析は早朝6時の記録のみを用いたが，上にみたように，逆転高度および逆転温度の年 間の出現状況や逆転を支配している気象要素などについて成果が得られた。

 ところで，逆転層を把えるという観点に立てば，やはり発達・消滅過程を明らかにすること が重要である。夕方からの逆転層の生成時には，稲佐山基準点が谷沿いに位置するために自由 大気の場合より相当早めに逆転が形成される。また，解消時にもこれまでに述べて来たような 難点がある。稲佐山にたなびくスモッグ層の観察から，筆者らは逆転の解消時刻をおよそ10時 頃と推定している。しかし，逆転層の正体を明らかにするということは平均値を示せばよいと いうものではなく，むしろ，r最悪の場合にどのような逆転が起るか」を到達目標としなけれ ばならない側面がある。従って，稲佐山観測装置の弱点を補う対策を確立することも重要な課 題として残されている。その方法としては，現有装置の地上高を20解以上にかさ上げすること が考えられる。しかし，むしろ，ロープウェイのゴンドラにもっと時定数の短いセンサーを搭 載させる方が利点が多いようにみえる。なぜなら，逆転温度や逆転高度はほぼ把握されてお り，発達・解消過程の究明には，6点よりも連続観測がより望まれるし，もう1つは稲佐山観 測装置と相補的に体系化できる強みがある。勿論，係留気球観測が可能であれば最もよい方法 である。

 さらに，逆転層の発達と気象との関係にも多くの課題が残っている。筆者らは逆転温度が 4℃以上の逆転についての事例研究も行なった。これによると，大規模な逆転は移動性高気圧 にすっぽり覆われた風の極端に弱い目に起っている。このような意味では，第11図に示したよ

うな資料は逆転層形成を予測する手段として有用だと考えられる。しかし，逆転層をたゾ単に 逆転温度の大小だけから分類するのは必ずしも適切ではない。大気環境へ与える逆転層の影響 は大気を安定にし，大気汚染物質を地面近くのうすい気層に停滞させることにあるから，むし ろ大気が長時間にわたって安定を維持する場合の方が深刻である。従って，逆転の規模は況を それほど大きくないが，朝のうちから曇りはじめ，しかも風が弱く，解消が遅くなるような状 も十分警戒する必要がある。このような観点からも発達・消滅過程に関する良質の観測記録が 望まれるところである。

謝  辞

 本研究を進めるにあたり長崎海洋気象台の田畑七郎海上気象課長には各種の御指導と御助言をいただい た。また，電力中央研究所の千秋鋭夫気象研究室長および西宮昌氏，さらに，公害資源研究所の山本晋氏に は観測方法や解析方法など実際的な面で御指導をいただいた。上記の方々に心から感謝の意を表します。観 測や資料整理に援助下された近藤寛助手，吉田一彦（現在，長崎市立小江原小学校）および藤吉洋一の各氏 にもお礼申し上げます。なお，本研究は長崎市域の大気環境基礎調査事業の一環として行なわれたもので，

長崎県環境部，長崎市環境保全部および長崎海洋気象台からの種々の援助によるところが大きい。これらの 機関に深く謝意を表します。

      参  考  文  献

北九州市公害対策局，1975：北九州市の公害，M9，皿公害の現況と対策，374pp．

千秋鋭夫，西宮 昌，赤井幸夫，1975：大気下層の気温逆転層について一各種逆転層の特性解析一，電力中   央研究所報告 研究報告275006．

田辺 剛，1974：山口盆地の気象特性一逆転層の生成と消散について一， 日本気象学会力州支部だより，

  Nα36， 12−16

当舎万寿夫，1953＝気温逆転層の生成と消滅，研究時報，5，649−654．

長崎市，1979：長崎市の気象現況，88pp。

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