雲量の自動測定法の開発に関する研究

(1)

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

雲量の自動測定法の開発に関する研究

古賀, 靖子

https://doi.org/10.11501/3120492

出版情報：Kyushu University, 1996, 博士（工学）, 論文博士バージョン：

権利関係：

(2)

雲量の自動測定法の開発に関する研究

第6章天空光の色の実測

6.1

天空光の色の実測

6.2

天空光の色に関する予備的検討

6.3

天空光の色温度による空と雲の判別条件

6.4

推定雲量の算出

6.5

大空光の色温度による雲量の測定結果の検討と考察

6.6

まとめ

(3)

第6章天$背;の10.の実測

6.1 天空光の色の実測

天空光の色に関する測定資料の収集は、

1991年から1995 年まで、行っ

た。測定場所は九州大学工学部建築学科旧館の屋上(北緯33.60 、東経 130.40 )である。測定に使用した機器は、色彩輝度計TO PCON . BM- 5A注目、ディジタル照度計TOPCON .

IM-3、等立体角射影方式の魚眼レン

スOLYMPUS . ZUIKO・AUTO- FISHEYE . 1: 8mm、カメラOLYMPUS.

OM101、ノート型パーソナル・コンビュータEPSON . PC386NARである。

色彩輝度計の視野角は0.20 とした。太陽、及び、そのごく近傍に色彩輝度計が向いた場合は、オーバー・レンジとなって測定値を得ることがで

きない。

表4に、各年の測定期間・測定回数・測定時刻・測定点数・目視雲量の有無. 1回の天空走査に要した時間を示す。 1992年以前の一部の測定では、各測定点が空であるか雲であるかの判別に関するフラッグ付けを

行っていない。天空状態のスケッチと目視雲量の記録は、 1993 年以降の測定で、行った。グローバル照度と全天空照度の測定は1993年の22回目以降の測定で行った。

測定点数は、 1991年の測定のみ、等方位角幅100 で217分割した全天空の半天空分、すなわち115点である。

1992年以降の測定では、全天空をほぼ等立体角に分割した各区分の中心を測定点とした。また、測定時間を短縮するため測定点数を減らした。

測定点数は、 181分割した全天空の半天空分の97点である。更に、 1995

空38 TOPCON ' BM -5Aの受光素子は光電子倍増管で、分光感度特性はCIE1931等色関数に近似する。機器の内部で演算処理を行い、色温度はJIS・28725 í光源の分布温度および色温度・相関色温度の測定方法」により求めている。

。。

にυ

(4)

第6章天ZP光の争Aの実測

年の測定では測定点数を変え、推定雲量への影響を検討した。すなわち、

半天空の97点の測定後に、 145分割した全天空の半天空分79点の測定を加えた。これは、 C

_I

Eの昼光測定ガイドが示す145点の天空輝度分布の天空走査パターンに相当する。表5と図8(a)、(b)、(c)に、 1991年の測定点である217分割した全天空の半天空分115点、 1992 年から1995年の測定点である181分割した全天空の半天空分97点、 1995年の測定点を減らした145分割の全天空の半天空分79点の測定点の位置を示す。

1995年は、

( 1

) 天空状態の観測、写真撮影、グローバル照度と全天空照度の測定、

(2)

^{97点の色の測定、}

( 3

)天空状態の観測、写真撮影、グローバル照度と全天空照度の測定、

(4)

79点の色の測定、( 5 ) 天空状態の観測、写真撮影、グローバル照度と全天空照度の測定の順序で行った。

巻末の付録l(a)'"'-(g)に、 1992年から1995年までの天空光の色の実測で使用した測定用紙の記入例を示す。天空光の色の測定資料の収集方法と同様に、測定用紙の記入事項や記入形式も、実測を行いながら改良した。

QJ Fhυ

(5)

第6章天zyうヤ;の10，の実測

表4 天空光の色の実測: 1991年�1995年

測定期間(測定回数) 測定時刻測定 _目視

走査時間 1991年

点数

τ

管

p;

室

予

t 三主重塁さ[

11月13日----12月3日太陽高度ほぼ100 ----300 のほぼ

6日間(22回) 100 ごと・ほぼ南中時 115点 10----15分 _なし 1992年

9月11日----10月9日太陽高度ほぼ100 --50。のほぼ

18日間(116回) 10。ごと 97点、 8 ----12分 _なし 1993年

4月5日--9月28日太陽高度ほぼ100 ----70。のほぼ

24日間(224回) 100 ごと・ほぼ南中時 97点、 8 "--12分 _あり 1994年

4月26日----6月27日太陽高度ほぼ100 ----700 のほぼ

22日間(213回) 100 ごと・ほほ南中時 97点、 6 ----12分 _あり 1995年

5月31日----8月1日

太陽高度00 --80。の間の任意

9日間(13回) 97点

11月20日--12月18日の高度 79点 5----6分 _あり

10日間(17回)

表5 天球上の位置と測定点数: 1991年�1995年

217分割 181分割 145分割

(測定点数: 115点) (測定点数: 97点) (測定点数: 79点) 高度 _方位角幅測定点数高度 _方位角幅測定点数高度 _方位角幅測定点数

100 100

19

6 100 19 60 120 16

20 100 19 180 100 19 180 120 16

300 100 19

30

100 19 30 150 13

450 100 19 440 100 19 420 150 13

600 100 19 600 150 13 540 200 10

750 100 19 760 300 ₇ 660 300 ₇

90

^一一

900 78 60 3

900

ハU

phu

(6)

袋五童

。

日U 天空要素の方位角

800 90。

100。

天�1f.の色の実測

100 o nU A斗A TEA 。

ハUFhJ Ti

。

ハUfo --

o

nU 門/守1A

O

ハUOO TEA

測定点

天球上の測定点の位置: 1991年(測定点数: 115点)

ーlムハhU

•

図8(a)

(7)

盆丘童

。。

天空要素の方位角

800 900 1000

天�ザ;の16，の実視1)

o nU 4 TEA O

ハU戸、υ守EA

O AU /O TEA o

nU 門/守fA

o nU QU 守EA

口の中心

天球上の測定点の位置: 1992年"'1995年(測定点数: 97点) 測定点

nL PO

図8(b)

(8)

盆丘童

。。

天空要素

の方位角

840 960 720

天2'g1r.の恒の実視u

120

測定点口の中心

天球上の測定点の位置: 1995年(測定点数: 79点)

qU FO

1680 1800

図8 (

^c

)

(9)

第6章天zpぅ干;の争Aの実測

6.2 天空光の色に関する予備的検討

1991年から1993年までの測定資料により天空光の色に関する予備的検討を行った。

まず、 1991年の22回分の測定結果より、天空光の色度x、 yがいずれも色度図上で、黒体放射軌跡の近傍に分布し、近似的に色温度に換算できることを確認した。

全データ数2530点のうち、空に相当する測定点は1697点、雲に相当する測定点は684点、その他は14 9点である。 1991年は、雲がほとんど認められない晴天空下、及び、雲で全天がほとんど覆われている曇天先下で、測定を行った。よって、色彩輝度計による天空走査の際に、各測定点が空か雲かのフラッグ付けは行っていない。太陽と障害物に相当する測定点を除いて、晴天空下での測定点は全て空、曇天空下での測定点は全て雲としている。

図9(a)、(

_b

)に、それぞ、れ、空に相当する測定点と雲に相当する測定点の色度x、 yの分布を示す。空は黒体放射軌跡の上方に分布し、雲は黒体放射軌跡のやや上方と下方に分布した。

空の色温度は約4000 K --- 40000 Kの非常に広い範囲に分布した。雲の色温度は約3000 K ---10000 Kの比較的狭い範囲に分布した。

しかし、色度図上において、空と雲の重なる範囲が比較的広く、単純に空と雲の範囲を特定することは困難で、あると考えた。

次に、 1992年の測定のうちフラッグのある71回分のデータより、空と雲の色温度と輝度との関係を検討した。全データ数6887点のうち、空に

-64-

(10)

第6章天空う干;の色の実視Jj

相当する測定点は2808点、雲に相当する測定点は3638点、その他は441 点である。

図10( a)、(

b

)に、それぞれ、空の色温度と輝度、雲の色温度と輝度との関係を示す。雲の色温度は輝度に関係なく6000K前後であった。

図より、色温度が約8000K以上は空であると推測した。しかし、色温度と輝度との関係による空と雲の判別は困難で、あると考えた。

Fhυ FO

(11)

〉、

住民

^0.32

唱〕

第6章天zyぅ干;の1b.の実測

0.40

0.36 : 5000K

0.28

0.24 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40

色度x

図9

( a

) 空の色度x， y:1991年

0.40 � � i � 1 � 5000K

‘... _.. ....

，司r、，、，、..r

0.36 〉、

住H

0.32

唱]

0.28

0.24 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40

色度x

刈9(b) 雲の色度x， y:1991年

po po

(12)

天zyう�の10.の実測盆丘皇

20 18

8 6 14 12 10 16

[凶円()，[×]ω出回一ω

4 0 25 30 35 40

輝度[kcd/m2]

20 15

10 5

空の色温度と天空輝度: 1992年

司...、ι牟...宇...、、...ι_....ι...‘_...ι-_...町、...一...一...‘....一...司‘..守...寸-島..-0..0...

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図10(

^a

)

20 18

14 10 12 16

[凶的()，[×]制岡山記

8 6

4 0 25 30 35 40

輝度[kcd/m2]

15 20 5 10

雲の色温度と天空輝度: 1992年図10( b)

-67-

(13)

第6章天$ぅ干;の色の実視Jj

次に、 1992年のフラッグのある71回分のデータで、空と雲の判別が困難な天空上の位置を検討した。すなわち、全天空をほぼ等立体角の19のゾーンに分割した。図11に97点の測定点と半天空分のゾーンを示す。各ゾーンにおいて空と雲の色温度の頻度分布を求めた。これによって空と雲の判別が困難な部分を検討した。表6に、太陽高度別ゾーン別に空雲、その他に相当するデ)タ数を示す。

図12(a)、(

b

)、(

_c

) に、それぞれ、ゾーンl、ゾーン4 、ゾーン9における空と雲の色温度の頻度分布を示す。ゾーンlは高度が低く、太陽からの角距離が小さい測定点が多い。ゾーン4は高度が低く、太陽からの角距離が大きい測定点が多い。ゾーン9は高度が高く、太陽からの角距離が大きい測定点が多い。ゾーン1において、空と雲の色温度の範囲は、ほぼ同じであった。ゾーン4において、空と雲の色温度の範囲はやや分かれた。ゾーン9において、空と雲の色温度の分布は、ほぼ完全に分かれた。

10個のゾーンのそれぞれにおける色温度の頻度分布図より、色温度が約8500K以下は雲であると推測した。しかし、天空要素の高度が低い部分や太陽からの角距離が小さい部分では、 8500K以下の範囲に空の色温度の頻度が増加した。よって、色温度の値のみでは空と雲の判別が困難であり、天空要素や太陽の位置、及ぴ、それらの位置関係を考慮する必要があると考えた。

oo po

(14)

第6章天zy光の恒の実測

。。

方

・� 900位角

1800

-測定点

図11 10のゾーン区分と測定点の位置

Qd po

(15)

第6章天zy背:の争Aの実視1]

表6 ゾーン別のデータ数: 1992年

太陽 _{ブラックe} ^ソ.ーン

高度

₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉ ₁₀

合計

二ク乙^tェ

63 48 52 53 51 49 82 76 77 68 619

150

^弓τ "'"ミー主

82 65 61 58 55 49 71 48 47 36 572

以下その他

11 4 4 6 11 19 3 6 6 。 70

小計

156 117 117 117 117 117 156 130 130 104 1261

二ク工也^二

57 47 51 48 49 37 72 60 60 49 530

150

_τ

852 639 639 639 639 639 852 710 710 568 6887

-70- ^/

(16)

天zyザ;の1:6.の実測袋五童

一

-

図一……

••• •

…::固

一

12

60

10 50 40 30

20

[渓]

似思惑

。

11 10

9 8

6 7

4 5 3

色温度[X103KJ

ゾーンlにおける空と雲の色温度の頻度分布: 1992年図12(

_a )

::(::[::JJ:jjJ:|里2..._

‘ ・・・

・ ‘ ・

・・・・

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一ー・・・ー、....ー...一...ーマーー・

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ーーーーー・ .1....ーー..ι..."'.降ーーーーー;....ー合合...

- ・・・・・・ 60

50 40

10

[ぷ]

30

20

� 思惑

12 11

10 9

8

6

ア

4 5

。 3

色温度[X103KJ

ゾーン4における空と雲の色温度の頻度分布: 1992年図12(

b)

一-図一…

・

十

j

圏

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一い

一一一一一

60

40 20 10

50

30

[ぷ]

制思惑

12 10 11 9

7 8

6 5

4 。 3

色温度[X103KJ

ゾーン9における空と雲の色温度の頻度分布: 1992年図12(

c )

ウー

(17)

第6章天zy背;の争Aの実視Ij

6.3 天空光の色温度による空と雲の判別条件

1994年の測定のうち、晴天空と曇天空のデータに基づいて、天空光の

色温度による空と雲の判別条件を検討することとした。ここでは、目視雲量がO�lの場合を晴天空、 9. 5� 10の場合を曇天空とする。そのうち、更に、「不明」のフラッグが少ない測定回を選んだ。晴天空49固と曇天空50回の合計99回分の全データ数9603点のうち、空は4529点、雲は4657点、その他は417点である。

図13に空と雲の色温度の頻度分布を示す。

空の色温度は4000K以上の広い範囲に分布し、 7500Kの頻度が若干高い。

雲の色温度は5000K�8000Kの比較的狭い範囲に分布し、 6000Kの頻度が最も高い。

空については色温度の高い方から、雲については色温度の低い方から、

それぞれ、色温度の累積頻度を求めた。これより、累積頻度の値に基づいて、空の色温度の下限値と雲の色温度の上限値を決めることにした。

空と雲のそれぞれの色温度の累積頻度の値が90%から99 %まで1%刻みで、空の色温度と雲の色温度の範囲を検討した。累積頻度の値を100

%に近くとると、空の色温度と雲の色温度の重なる範囲が広くなって、

空と雲の判別が唆昧になる。逆に累積頻度の値を小さくとると、空にも雲にも相当しない色温度の範囲が生じる結果となった。表7に、累積頻度92%�97%の空と雲の色温度の境界値を示す。

円ノωワt

(18)

第6章天zy光の全の実測

70 [叶 miE---t (三副ー ..._---._.-

，-0

己 40

窓 30 l IH ! ; - ----_..._----_.

20 1 ^uuu u _IML uu 三ァー!(E ; 1川

� l : ι j jJ t 恥Ub 1ドト iベ -

。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

色温度[x 103 KJ

川13 空と雲の色温度の頻度分布: 1994年

表7 累積頻度別の空と雲の色温度の境界値累積頻度空の色温度雲の色温度

92% 6638K 6563 K 93% 6530K 6601 K

94% 6422 K 6640K

95% 6313 K 6678K

96% 6170K 6717K

97% 5978K 6779K

これより、空の色温度の累積頻度97 %に当たる約6000Kを空の色温度の下限値、雲の色温度の累積頻度97%に当たる約6800Kを雲の色温度の上限値とした。空の色温度の下限値6000Kと雲の色温度の上限値68 00 Kの聞は、空と雲の判別が困難な範囲と考える。

-73-

(19)

第6章天zyぅ干;の争Aの実rHiJ

天空光の色温度に影響する要因として、以下の3つが考えられる。

①太陽高度

②天空要素の高度

③天空要素と太陽との角距離

図14に、太陽の高度をγs、太陽の方位角をαs、天空要素の高度をy、

天空要素の方位角をα、天空要素と太陽との角距離をどとして、天球上の天空要素と太陽の位置関係を示す。

天空要素と太陽との角距離ど[degree]は次式で表される。

cos S =cos (90-γs) cos (90-γ)

+sin (90-y s) sin (90-γ) cos (αs-α)

ここで、 ys :太陽高度[degree]

αs :太陽の方位角[degree]

γ:天空要素の高度[degree]

α:天空要素の方位角[degree]

3つの要因に関して、累積頻度97%に基づく空の下限値と雲の上限値を求めた。表8(a)、(b )、(

c

)に、それぞれ、太陽高度別、天空要素の高度別、天空要素と太陽との角距離別のデータ数を示す。

Aιτ

ウi

(20)

第6章天zyす;の色の実測

天頂

s-

N

図14 天球上の天空要素と太陽との位置関係

-75-

(21)

第6章天zyぅf.の魚の実現IJ

表8(a) 太陽高度別のデータ数: 1994年

フラッグ

太陽高度合計

二クEb二

τ

奇z

ラ

耳不明障害物太陽

�15。 555 284 2 32 。 873

150 �250 464 474 。 29 3 970

250 �350 556 553 。 47 8 1164

350 �450 744 830 。 69 6 1649

450 ----550 834 753 2 60 。 1649

550 ----650 736 746 3 58 9 1552

65- � 640 1017 3 85 1 1746

合計

4529 4657 10 380 27 9603

L

表8(b) 天空要素の高度別のデータ数: 1994年

フラッグ

天空要素の高度合計

二ク乙b 守

τ

z

ヨ

zトt 不明障害物太陽

6 719 793 2 367 。 1881

180 920 945 。 13 3 1881

300 931 942 。。 8 1881

440 932 942 l 。 6 1881

600 635 638 5 。 9 1287

760 343 347 2 。 l 693

90 49 50 。。。 99

合計

4529 4657 10 380 27 9603

-76-

(22)

第6章天zyぅ干;の10.の実視1]

表8

( c )

天空要素と太陽との角距離別のデータ数: 1994年

天空要素と太陽との角距離

。o 10。

100

^�

200 200 � 30 300

こクこtェ三守z幸"

35 35

83 88

180 192

190 192

332 343

238 247

429 441

340 345

580 599

340 344

336 346

437 437

237 239 326 331

224 231

130 139

92 108

。。

4529 4657

フラッグ合計

不明障害物太陽

1 28 。 97

1 23 3 194

。 16 8 388

。 14 。 388

1 11 6 679

。 10 。 485

5 7 9 873

2 5 1 679

。 9 。 1164

。 9 。 679

。 11 。 679

。 17 。 873

。 19 。 485

。 36 。 679

。 40 。 485

。 28 。 291

。 97 。 291

。。。。

10 380 27 9603

-77-

(23)

第6章天空光の恒の実測

①太陽高度、 ②天空要素の高度、 ③天空要素と太陽との角距離のそれぞれに関し、空の色温度の下限値と雲の色温度の上限値を、 97%の累積頻度に基づいて求めた。これを、それぞれ、表9

( a

)、(

b

)、(

^c

)に示す。

表9

( a

) 太陽高度に関する

空の色温度の下限値と雲の色温度の上限値太陽高度空の色温度の雲の色温度の

下限値[ KJ 上限値[ KJ

----150 4900 7500

150 ----250 5800 6700

250 ----350 6200 7200

350 ----450 6000 6700

450 ----550 6200 6900

550 ----650 6600 6500

650 6600 6600

表9(

b

) 天空要素の高度に関する

空の色温度の下限値と雲の色温度の上限値天空要素空の色温度の雲の色温度の

の高度下限値[ K] 上限値[ K]

60 5200 6600

180 5800 6700

30 6300 6800

440 6500 6800

60 6800 6900

76 6800 7100

900 7300 7100

。。ワt

(24)

第6章天辛党の争Aの実視1I

表9

( ^c )

天空要素と太陽との角距離に関する

空の色温度の下限値と雲の色温度の上限値天空要素と太陽

との角距離

。o 100 100 --- 200 200 ---- 30。

300 ---- 400 400 ---- 500 50- ---- 60 60- ---- 700 700 ---- 80 80- ---- 90 900 ---- 100。

1000 --- 1100 1100 ---- 1200 1200 ---- 1300 1300 ---- 1400 1400 --- 1500 1500 --- 1600 1600 --- 170。

1 700 --- 1800

空の色温度の雲の色温度の下限値[ KJ 上限値[ KJ

5400 6700

5800 6700

5900 6700

5900 6600

6100 6700

5800 6700

6200 6700

6400 6700

6300 6700

6000 7000

6100 7200

5900 7200

5700 7100

5500 7100

5300 7100

5800 7500

一79-

(25)

第6章天$光の争Aの実iau

刈15(a)、( b)、(

c

)は、それぞれ、 ①太陽高度、 ②天空要素の高度

③天空要素と太陽との角距離に関して、空の色温度の下限値と雲の色温度の上限値をグラフ化したものである。それぞれの要因に関するグラフについて回帰曲線を求め、回帰式を導出した。

空の色温度の下限値をCTs* [K]、雲の色温度の上限値をCTc*[K]

とすると、それぞれの要因に関する空の下限値と雲の上限値の回帰式は以下である。

①太陽高度γs [degree]に関する空の下限値と雲の上限値

C Ts=4610+57.8γs-0.435 y s2 (1-1) C Tc=7440-19.0y s+0.0952γs2 (1-2)

②天空要素の高度γ[degree]に関する空の下限値と雲の上限値

C Ts*二5130+ 36.8γ-0.170γ2 (2-1)

CTc*=6590+6.05y (2-2)

③天空要素と太陽との角距離 t [degree]に関する空の下限値と雲の上限値

CTs=5500+17.4t -0.104t 2 (3-1) C Tc=6580+2.05 t +0.0107 t 2 (3-2)

太陽高度、及び、天空要素の高度が高いほど、空の下限値と雲の上限値との差は小さい。また、天空要素と太陽との角距離が900 付近で、空の下限値と雲の上限値との差は小さい。

-80-

(26)

箆主主天zyう干;の争Aの実測

8000 7000 6000 5000

[〉円]似回一ω

4000

0 10 20 30 40 50 60 70

太陽高度[degree]

空と雲の色温度と太陽高度図15(

a )

一

引F

z …

… J …

一一m

…

〆

… + 8000 7000 6000 5000

[凶]恒明記

90 70 80

50 60 30 40

10 20 4000

0

天空要素の高度[degree]

空と雲の色温度と天空要素の高度

、、 � 15( _{b )}

8000

5000 7000 6000

[凶]ω出回一刻

4000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

天空要素と太陽の角距離[degree]

空と雲の色温度と天空要素と太陽との角距離

句ioo

、、 � 15( _c ₎

(27)

第6章天zyぅ干;の争Aの実視11

図15(a)、(

b

)、(

c

)の各図において、雲の上限値を示す回帰線より高い範囲は空である確率が高く、空の下限値を示す回帰線より低い範囲は雲である確率が高いと考える。空の下限値を示す回帰線と雲の上限値を示す回帰線との聞の範囲は、空である確率と雲である確率が同等で、判別が困難な部分であると考える。

従って、雲の上限値を示す回帰線より高い範囲を空の領域、空の下限値を示す回帰線より低い範囲を雲の領域とする

。

また、空の下限値を示す回帰線と雲の上限値を示す回帰線との間の範囲を不明の領域とする。

空の色温度をCTs [K]、雲の色温度をCTc [K]とすると、回帰によって求めた各要因に関する空と雲の判別条件は以下とする。

①太陽高度y s [degree]に関する判別条件

C Ts孟7440-19.0y s+0.0952 y s2 (4-1) C Tc壬4610+57.8γs-0.435

Y

s2 (4-2)

②天空要素の高度γ

[degree]に関する判別条件

C Ts注6590+6.05y (5-1)

C Tc壬5130+36.8γ-0.170γ2 (5-2)

③天空要素と太陽との角距離ど [degree]に関する判別条件

C Ts;主6580+2.05' +0.0107' 2

(6-1)

C Tc三五5500+17.4，

-0.104' 2

(6-2)

円/臼

。。

(28)

第6章天zy光の10.の実測

6.4 推定雲量の算出

天空走査の時にフラッグを付けたデータを測定デー夕、空と雲の判別条件によって判定したデータを推定データと呼ぶこととする。

推定データは図16に示す方法で作成する。すなわち、まず、測定データをある要因に関する判別条件にかけ、空か雲か不明かを判別する。不明と判別した測定データは、次に、別の要因に関する判別条件にかけ、

空か雲か不明かを判別する。ある要因に関する判別条件で、空あるいは雲と判別した測定データは、他の要因に関する判別条件にはかけない。

同様にして、全ての要因に関する判別条件にかけた後に不明となったデータは、空と雲のデータ数の比で、空と雲のそれぞれに分配する。従って、この方法では天球上の正確な雲の分布は得られない。

測定データを3つの要因に関する判別条件にかける順序を変え、 6通りの推定データを作成した。巻末付録2(a)---(f)に判別過程のデ)タ数を示す。 3つの要因に関する判別条件にかけた後に不明となったデータ数の全データ数に対する割合は、いずれの場合も約3%であった。表10 に測定データ数と6通りの推定データ数を示す。判別条件の順序に関わらず、空と雲の推定データ数の割合は、測定データ数の割合とほぼ同じであった。

1つの測定データに対し、 ①太陽高度、 ②天空要素の高度、 ③天空要素と太陽との角距離に関する判別条件によって、空と雲の矛盾する判別結果が生じる場合を検討した。表11に要因別に判別したときのデータ数を示す。

)①雲-②雲-③空の場合:

0

%

これより、空と雲の矛盾する判別結果が生じた(

1

)から(

8

)のデータの割合の合計は、 0.357%と極めて小さかった。

以上より、この推定データの作成方法は妥当であると考える。

尚、空に相当する測定データのほとんどが、 3つの要因とも空という判別結果が出たのに対して、雲に相当する測定データが、 3つの要因と

も雲という判別結果が出る割合は少なく、要因によって不明の判別結果が出る場合が多かった。

-84-

(30)

第6章天辛子r.の争Aの実視IJ

天空光の色温度データ

図16 推定データの作成方法

phu nδ

(31)

第6章天$ぅT;の争Aの実視u

表10 測定データ数と推定データ数

測定データ数:

9186

空:

4529 (49.3%)

雲: 4657 (50.7%) 判別条件の順序空の推定データ数雲の推定データ数

I ①→②→① 4478 (48.7%) 4708 (51.3%)

H ①→③→② 4503 (49.0%) 4683 (51.0%)

田

②→①→③ 4505 (49.0%) 4681 (51.0%)

lV ②→③→① 4505 (49.0%) 4681 (51.0%)

V ③→①→② 4480 (48.8 %) 4706 (51.2%)

VI ③→②→① 4480 (48.8 %) 4706 (51.2%)

①太陽高度に関する判別条件

②天空要素の高度に関する判別条件

③天空要素と太陽との角距離に関する判別条件

表11 要因別の判別後のデータ数下段( )内は百分率[%]

測定データ数:

9186

空:

4529 (49.3%) 雲: 4657 (50.7%)

条件①

|

^空

条件② 条件③

| ^空

テ.ータ数I

⁴⁰⁵²

(百分率)1

⁽⁴⁴⁾

条件① 条件② 条件①

|

^空

テ・ータ数I

83

(百分率)1

^(0.90)

条件①

弓ミト

τ=:

421 (4.6)

奇ミトつ=主

弓きて"""

テ'ータ数 (百分率)

①太陽高度に関する判別条件

②天空要素の高度に関する判別条件

①天空要素と太陽との角距離に関する判別条件

1752 (19)

po nδ

(32)

第6章天zpぅf.の16.の実視IJ

6.5 天空光の色温度による雲量の測定結果の検討と考察

求めた判別条件に従って推定雲量を算出し、目視雲量、測定雲量、推定雲量を相互に比較する。推定データの作成は、表10における判別条件の順序1 (①太陽高度に関する判別条件→②天空要素の高度に関する判別条件→③天空要素と太陽との角距離に関する判別条件)に従っている。

測定雲量と推定雲量は、測定対象の半天空分について雲の占める割合が、

全天空についても同等であるとしている。

199 4年は、主として、晴天空と曇天空の下で測定した。晴天空49固と曇天空50回の合計99回の測定について、目視雲量と測定雲量、推定雲量と目視雲量、推定雲量と測定雲量のそれぞれの雲量差の絶対値の累積頻度を求めた。また、天空要素6。の測定データを除いて算出した推定雲量と測定雲量の差の絶対値の累積頻度を求めた。これは、低空部分の測定データの推定雲量に対する影響を検討するためである。以上の結果を図17に示す。

目視雲量と測定雲量の差は、全てl以内であった。推定雲量と目視雲量の差が1以内は83.8%、差が2以内は91.9%であった。推定雲量と測定雲量の差がl以内は83.8%、差が2以内は92.9%であった。

天空要素6 0 の測定データを除いた場合、推定雲量と測定雲量の差が l以内は89.9%、差が2以内は93.9%であった。天空要素60 の測定データを除いた場合、全天の測定データによる場合と比較して、雲量差が 1以内の累積頻度は若干高くなったが、差が2以内の累積頻度は、ほぼ同じであった。

-87-

(33)

第6章天zyぅ干;の争Aの実測

1995年は、晴天空、曇天空、中間天空の様々な天空状態において測定した。測定点数97点の30回の測定、及び、測定点数79点の30回の測定について、測定点数別に、推定雲量と測定雲量の差の絶対値の累積頻度を求めた。また、天空要素6。の測定データを除いた場合の推定雲量と測定雲量の差の絶対値の累積頻度も求めた。これらの結果を図18に示す。

中間状態の天空では、雲の分布が太陽を通る方位線に関して非対称になることが多いと考え、推定雲量と測定雲量を比較している。参考のため、目視雲量と測定雲量の比較結果を図18に併せて示す。

測定点数が97点の場合と79点の場合で、推定雲量と測定雲量の差の累

積頻度は、ほぼ同じ変化を示した。天空要素6 0 の測定データを除いても、雲量差の累積頻度の変化は、全天の測定データによる場合とほぼ同

じであった。

-

88

^-

(34)

100 r:;:: と夜 80

」ー」

生民剖守理E利圃事

長^て-

⁶⁰

事E申E

|

1削2

l 4 k

420 0

第6章天�-Jr，の争Aの実視IJ

-占ー，〆�

目視雲量と測定雲量(全天)

推定雲量と目視雲量 (全天)

ーーー四ー推定雲量と測定雲量(全天

)

一一推定雲量と測定雲量 ( 天空要素60 除外) nu ハU

.

1 2 3 4 5 6 7 8

差旦車一倍一

図17 雲量の比較: 1994年

100 �

ミヌ

⁸⁰

L__J

制

�/;

^{目視雲量と測定雲量:} ^97点 ^(全天)

器æ ⁶⁰ l ^， Æ

^一一・推^{目視定雲雲量量とと測}^{測定定雲雲量量} ^::7⁹⁹^{((全全天天))}^点 ^7点

� ⁴⁰ i-_. ，-�t/ ... i

一一一一一推(定天雲空量要素と測6定。雲除量外) :97点

1自帥4 剛1司

20

推定雲量と測定雲量: 79点(全天)

一推定雲量と測定雲量: 79点

(天空要素60 除外)

。 1

。 1 2 3 4 5 6

ア

8

雲量差

図18測定点数別の雲量の比較: 1995年

-89-

(35)

第6章天zyう干;のfó.の実視IJ

更に、 1994年の99回の測定、及び、 1995年の測定点数97点と79点のそれぞれ30回の測定について、測定雲量と推定雲量を比較した。その結果を図19に示す。

測定点数に関係なく、およそ雲量1以上では、全体的に推定雲量が測定雲量に対して低い傾向にある。これは、測定点を目視で雲と判定しで

も、色温度値による判別で空となってしまうことがあるためと考える。

10

田

8 •

。

ア

市{E事製岡民H

6 5 4 3 2 1

。

。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

測定雲量

図19 測定雲量と推定雲量の比較: 1994年・1995年

推定雲量の値に影響する要因として、 ( 1 )低空部分、 (

²

)巻雲のような薄い雲を考え、天空光の色の測定時の観測記録を参照し検討する。

天空の地平線付近は、ほとんど灰色味を帯びており、空か雲かの判別が困難であることが多い。気象台における雲量の目視観測では、通常、

-

9 0

-

(36)

第6章天'/2_1tのfò�の実測

低空部分を考慮せず、ある高度以上の天空部分について雲量を測定しているようである注ヘ

1994年の晴天空49回の測定と曇天空50回の測定のそれぞれについて、

推定雲量と測定雲量の差の絶対値を、全天の測定データによる場合と天空要素6 0 の測定デ}タを除いた場合とで比較検討した。その結果を図 20( a )、(

^b

)に示す。参考のため、測定雲量と目視雲量の差の絶対値に関する比較結果も併せて示す。曇天空の測定では、推定雲量と測定雲量の差が約8となる例があった。晴天空の測定結果と曇天空の測定結果の比較のため、図20( a)、(

^b

)では雲量差5までを示している。

晴天空の測定では、天空要素6 0 の測定データを除いた場合、全天の測定データによる推定に比べて、推定雲量と測定雲量の差は小さくなった。これは、低空部は天空光の色温度が低く、目祝では空と判定しでも、

色温度による判別では雲とし、その結果、全天のデータによる推定雲量が、測定雲量より大きくなる傾向にあるためと考える。

しかし、曇天空の測定では、天空要素6 0 の測定データを除いても推定雲量と測定雲量の差は、全天の測定データによる推定とほぼ同じで

あった。曇天空の場合は、目視でも低空部を雲と判定するためと考える。

従って、図17で、天空要素6。の測定データを除いた場合に、推定雲量と測定雲量の差l以内の累積頻度が、全天の測定データによる場合に比べて上がるのは、晴天空の測定で推定雲量と測定雲量との差が小さくなった影響が大きいと考える。

注39 日本気象協会福岡本部の職員の言による。また、参考文献45にも同様の記述がある(本論文第3章3.4項の注33参照)。

守lムQd

(37)

天zy光の色の実測笠丘皇

ロ

-ーー・・ーーー一一一一一一一一

…

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7

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・

• 5

4 1 3

2

(求鐙。ゆwmwm則K)

� m1闘中*

。

5 4

3 2

1 。

- e -

- -

-

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e

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… ・ … / …

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… … ・ / …

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目・・・・・・・・

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…

日

雲量差(全天)

雲量差: 1994年晴天空

•

図20(

^a ⁾

日

• 5

4

(求鐙

3

2

1 o c

wmwm山MK)

キw m1闘

中*

ハUAU

4 5 2 3

1

雲量差(全天)

雲量差: 1994年曇天空図20(

^b)

円〆むGJ

(38)

第6章天zyぅ�の和Aの実視1]

1995年の様々な天空状態における30回の測定についても、同様にして、

推定雲量と測定雲量を比較した。図21に、測定点数97点の場合と79点の場合の結果を併せて示す。推定雲量と測定雲量の差に対して、天空要素

6。の測定データを除外する影響は小さいと見なせる。

よって、晴天空の場合に低空部分のデータは推定雲量に若干影響するが、障害物に当たる部分を除き、低空部分のデータを雲量の推定に含めても問題はないと考える。すなわち、例えば、 C

1

Eの昼光測定ガイドが天空輝度分布の測定に推奨している145点の天空走査パターンを雲量の測定に用いることもできる。

5

(求総一

。1"0...7

oC桝wm山MK)州酬制

3-1一一一一一一...-……?

1 . ^:

2

- 推定雲量と測定雲量: 97点b

o

推定雲量と測定雲量: 79点

。

。 1 2 3 4 5

雲量差(全天) 図21 雲量差: 1995年

町、UQJ

(39)

第6章天空光の色の実視IJ

目視観測によって全天が雲に覆われた曇天空と判定しでも、薄曇りや太陽の位置が分かるような天空状態の時、推定雲量は小さくなる傾向にあった。逆に、目視観測によって全天に雲がない晴天空と判定しでも、

低空部分に需がかかっているような状態、あるいは、全体的に青味が薄い状態の時、推定雲量は大きくなる傾向にあった。

測定時の経験から、巻雲のような薄い雲に対して、色彩輝度計の色温度の出力結果は高くなると推測する。曇天空の測定で、推定雲量と目視雲量の差、及び、、推定雲量と測定雲量の差が大きかった例について、色温度の頻度分布を比較した。その結果を図22に示す。

1994年5月13日(午後)と1994年5月17日(午前)の測定で、太陽高度はほぼ同じである。全天空照度は若干異なるが、太陽高度が低い場合、この程度の差は経験的に大きな差とはいえない。表12に関連するデータを示す。

推定雲量と目視雲量の差、及び、推定雲量と測定雲量の差が 7.2となった5月17日の例では、雲の色温度がかなり高い値の範囲に分布している。

しかも、雲のおよその上限値とした6800 Kを超える範囲に頻度が高い。

雲が薄い場合、観測者は目視で雲と判断しでも、色彩輝度計は雲の色に卓越する空の色を測定している可能性がある。

晴天空の場合に、この逆の例が存在した。太陽高度、グローバル照度、

全天空照度はおよそ同じと見なせるが、色温度の低い範囲にデータの頻度が高く、推定雲量は大きかった。しかし、曇天空の場合に比べ、雲量差の値は小さかった。

-94-

(40)

住民望感

MM 一J oj o- - j ail- - 一.

悶悶悶悶国関問国

一・圏一… 一

一点開制間関

… 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 [ 一一一一一一一一一一一一… 一一一一一一一一一 … 一一一一一一一一一一一一一111JHH 一 JHHH

一11HHHHH

天zy光の�の実測盆丘童

20

10

5

[ぷ] 15

。

8 7 7.5

6.5 6

5.5

色温度[X103KJ

色温度の頻度分布: 1994年曇天空図22

色温度の頻度分布の比較に使用したデータ: 1994年曇天空

測定日太陽高度全天空照度目視雲量測定雲量推定雲量 5月13日

9.70 3580 lx 10 10 10

5月17日

11.10 22201x 10 10 2.8

Fhυ Qd

表12

(41)

第6章天zy光の争Aの実測

測定者の目視雲量の判定が測定雲量に影響を与えていることも考えられた。すなわち、色彩輝度計による天空走査の初めに、測定者が天空状態を曇天空と判定すると、測定点のフラッグに「空」という判定は少なくなる傾向にある。逆に、天空走査の初めに、測定者が若干の薄い雲を無視して雲量Oの晴天空と判定すると、測定点のフラッグに「雲」という判定が少なくなる傾向にある。従って、目視雲量と測定雲量は一致す

る割合が必然的に高くなると考える。

1995年の様々な天空状態における30回の測定について、空と雲の測定データを、それぞれ、 1994年の晴天空49固と曇天空50 回の測定結果から求めた空の色温度の下限値、及び、、雲の色温度の上限値と比較検討した。

表13(a)、(

b

)、(

^c

)に、それぞれ、太陽高度別、天空要素の高度別、

天空要素と太陽との角距離別のデータ数を、測定点数97点と79点の測定について示す。

図23(a)、(

b

)、(

^c

)は、それぞれ、①太陽高度、 ②天空要素の高度

③天空要素と太陽との角距離に関する空の色温度の下限値と、測定点数 97点と79点の測定を合わせた空の測定データとの比較結果である。また、

同様に、図24(a )、(

b ) ^、 ( ^c

)は、それぞれ、 3つの要因に関する雲の上限値と、測定点数97点と79点の測定を合わせた雲の測定データとの比較結果である。

表14に、空の色温度の下限値より低い空の測定データ数、及び、、雲の色温度の上限値より高い雲の測定データ数を要因別・測定点数別に示す。

FO Qd

(42)

第6章天$_7f-.の争Aの実測

表13(

^a

) 太陽高度別のデータ数: 1995年

測定点数: 97点測定点数: 79点

太陽高度 ^フラッグ ^フラッグ

合計合計

二ク工也二

τ

弓z

き

z その他 ^こ^ク^こ^b ^τ骨z^三^sト^t その他

。o

^____

100 47 48 2 97 24 54 _l 79

100 ---- 200 491 265 20 776 388 227 17 632

200 ---- 300 139 134 18 291 93 58 7 158

300 ---- 400 323 304 52 679 241 339 52 632

400 ---- 500 5 185 4 194 8 146 4 158

500 ---- 600 56 130 8 194 33 119 6 158

600 ---- 700 306 165 14 485 232 149 14 395

700 ---- 800 26 154 14 194 46 96 16 158

合計

¹³⁹³ ¹³⁸⁵ ¹³² ²⁹¹⁰ ¹⁰⁶⁵ ¹¹⁸⁸ ¹¹⁷ ²³⁷⁰

表13( b) 天空要素の高度別のデータ数: 1995年

測定点数: 97点測定点数: 79点

天空要素 _フラッグ _フラッグ

の高度合計合計

ク

二工'cニ

τ

弓z

を

z そのイ也 ^二^ク

^E

^{t ェ}

^二

^τ弓Zミ³^ト^t その他

6 102 360 108 570 106 285 89 480

180 279 272 19

570

218 243 19 480

30 302 267 _l 570 190 197 3 390

420 202 187 _l 390

440 337 232 1 570

540 165 133 2 300

60。 241 147 2 390

66 114 93 3 210

760 115 94 1 210

780 52 38 _。 90

90 17 13 _。 30 18 12 _。 30

合計

¹³⁹³ ¹³⁸⁵ ¹³² ²⁹¹⁰ ¹⁰⁶⁵ ¹¹⁸⁸ ¹¹⁷ ²³⁷⁰

-97-

(43)

第6章天zy光の'fuの実測

表13(

^c

) 天空要素と太陽との角距離別のデータ数: 1995年天空要素と

太陽との角距離

。o 100 100 --- 20。

200 --- 30 30- '"'- 400 400 --- 500 500 --- 600 600 --- 700 700 --- 800 80- --- 90 900 --- 100。

1000 --- 1100 1100 --- 1200 1200 --- 1300 1300 --- 140。

1400 --- 1500 1500 --- 1600 1600 --- 1700 1700 --- 1800

合計

二ク工tコ二

18 54 73 119 127 148 143 157 156 124 98 71 50 34 17 2 2

。 1393

測定点数: 97点フラッグ合計

τ

奇

zラ "

その他

35 11 64

88 4 146

124 1 198

123 1 243

144 6 277

146 9 303

143 2 288

134 。 291

107 4 267

83 15 222

81 5 184

74 17 162

47 15 112

23 20 77

21 13 51

11 8 21

l l 4

。。。

1385 132 2910

-98-

測定点数: 79点フラッグ

二ク工b二

τ 弓z z Z F

その他

11 22 13

45 74 2

61 106 2

83 121 ^l

104 115 4

110 110 7

103 119 2

116 112 2

108 95 7

93 85 10

76 82 8

61 57 10

46 36 14

28 27 12

16 13 15

4 11 6

。 3 2

。。。

1065 1188 117

合計

46 121 169 205 223 227 224 230 210 188 166 128 96 67 44 21 5

。

2370

(44)

盤￡呈天'$_7f:の1ò.の実視IJ

空

…

一一

…

雲

…

-

，

い

一川

l

pf-辛い汗:けi・v・--

-

ya

r … 明，

~ … … 不

8000

6000 5000 7000

[凶]制明記

4000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

太陽高度に関する空の測定データ: _1995年図23(

a

)

i ^; ^! ^; ^l ^j ^H

^空

^; ^: ^! ^; ^; ^: ^j ^:

�L.j.�..�..�ト- LJ a--!L4二月二ヂトーィ

I

不明;

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ム----イ七

;

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二一

ー

�

.

-:-

一ーーーーーーーーーーーーーーーーーー.�.......，.. ・・・・・・ーーー・・・・ー:

!�:

: 与野:

8000

6000 5000 7000

[凶]ω世阿付記

4000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

天空要素の高度に関する空の測定データ: _1995年図23( b)

- …

明

…

値値戸川

、 i

…目以閣以一一一:巴J一一一

・・

一411

4

引い以

… ~

一のの一

~

一角エ雲

j

エ一一一一一六

J

a--

一

一一

'

・

人

… ム・一 …

雲

…

8000

6000 5000 7000

[凶]制囲内毛細

4000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

天空要素と太陽との角距離に関する空の測定データ: _1995年図23(

c

)

Qd Qd

(45)

第6章天zyぅr.の争企の実測

8000

Mm岡山姻

nu nu nu ウJ

[凶]

5000

4000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

図24(

_a

) 太陽高度に関する雲の測定データ: 1995年

8000

[凶]

7000

似岡山岨

6000 5000

4000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

図24(

b)

天空要素の高度に関する雲の測定データ:

1995年

[凶]Mm岡山一組

4000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

図24(

c )

天空要素と太陽との角距離に関する雲の測定データ:

雲量の自動測定法の開発に関する研究

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository