【第61回】2024年１月試験（学科専門試験）問３（ブリューワー分光光度計、ドップラーレーダー、ドップラーライダーの観測対象）

本問は、波や光を利用した観測機器の観測対象に関する問題です。

本問の解説：(a)について

（問題）ブリューワー分光光度計の観測対象

→ 答えは ア：上空のオゾン量 です。

ブリューワー分光光度計 とは、太陽光の中の紫外線を観測して上空のオゾン量を測定する気象測器です。

（1973年にブリューワーさんによって考案・開発された分光光度計（＝光を波長ごとに分けて、その強度を測定する装置）なので、ブリューワー分光光度計といいます。）

具体的には、オゾンに吸収されやすい波長帯の紫外線と、吸収されにくい波長帯の紫外線を観測し、その強度比を比較することによって、上空のオゾン全量を推定します。

これを オゾン全量観測 といいます。

（ちなみに、オゾン全量とは、地表から大気上端までの単位面積の気柱に含まれる全てのオゾンのことです。
観測されたオゾン全量は、１気圧、０℃として地表に集めた時にできるオゾンだけからなる層の厚さで示され、単位は m atm-cm（ミリアトムセンチメートル）または DU（ドブソンユニット）で表記されます。
例えば、オゾン全量が 300 m atm-cm で観測された場合、大気中に含まれるオゾン全てを１気圧、０℃の地表に集めると３mmの厚さに相当するということを意味します。
オゾン全量観測についてもっと詳しく知りたい方は、気象庁高層気象台ホームページ「オゾン全量観測」を参照してください。）

また、日の出や日没の前後の時間帯に、オゾンに吸収されやすい波長帯の紫外線と、吸収されにくい波長帯の紫外線を連続で観測し、その強度比を比較することで、上空のオゾンがどの高度にどれくらい分布しているか（＝オゾンの鉛直分布）の推定も行っています。

これを オゾン反転観測 といいます。

（ちなみに、反転という名前は、２つの紫外線の強度比は、太陽高度角が大きくなるにつれて大きくなりますが、ある高度角からはその強度比が逆に小さくなる現象（反転現象）によるものです。
反転観測は、地上から大気上端までを10層に分け、その個々の層に含まれるオゾン量（m atm-cm）としてオゾン鉛直分布を推定します。
オゾン反転観測についてもっと詳しく知りたい方は、気象庁高層気象台ホームページ「オゾン反転観測」を参照してください。）

気象庁では、このブリューワー分光光度計を使って、つくば（茨城県）と昭和基地（南極）で観測を行い、オゾン層の状態をモニタリングしています。

このデータは、オゾン層保護のための国際的な対策を立てる際の重要な根拠となっています。

したがって、ブリューワー分光光度計の観測対象は ア：上空のオゾン量 となります。

本問の解説：(b)について

（問題）ドップラーレーダーの観測対象

→ 答えは ウ：降水強度の分布、降水域における風の分布 です。

ドップラーレーダー とは、レーダーから発射した電波が降水粒子に反射して戻ってくるまでの時間や強度から降水強度の分布を測定し、反射される電波のドップラー効果から降水域における風の分布を測定する気象測器です。

一般に、気象レーダー とは、アンテナを回転させながら電波（マイクロ波）を発射し、半径数百kmの広範囲内に存在する雨や雪を観測する気象測器です。

発射した電波が戻ってくるまでの時間から、雨や雪までの距離を測り、戻ってきた電波（レーダーエコー）の強さから、雨や雪の強さを推定します。

この気象レーダーが進化して、戻ってきた電波の周波数のずれ（＝ドップラー効果）による、雨や雪の動き（＝降水域の風）も観測できるようになったものがドップラーレーダーです。

気象庁では1954年に気象レーダーの運用を開始し、2013年に国内全ての気象レーダーがドップラーレーダーに更新されました。

（参考：気象庁報道発表資料「全国 20 か所の気象レーダーが全てドップラーレーダーになりました」）

また、2020年３月からは二重偏波ドップラーレーダーへの更新が進められています。

2024年３月時点では、全20か所のうち14か所が二重偏波ドップラーレーダーに更新されています。

二重偏波ドップラーレーダー とは、水平方向と垂直方向に振動する電波（＝水平偏波と垂直偏波）を用いる気象レーダーのことで、これまでのドップラーレーダーに比べて、降水粒子の種類（雨、雪、氷の粒など）が正確に判別できるようになったり、降水強度の観測精度が向上したりしています。

（参考資料：気象庁「二重偏波レーダーとは」）

したがって、ドップラーレーダーの観測対象は ウ：降水強度の分布、降水域における風の分布 となります。

本問の解説：(c)について

（問題）ドップラーライダーの観測対象

→ 答えは エ：非降水時の風の分布や低層ウィンドシアー です。

ドップラーライダー とは、レーザー光を大気中に発射し、エーロゾルに反射した光の周波数のずれ（ドップラー効果）を観測することで、非降水時の風の分布や、低層ウィンドシアー（風の急激な変化）を測定する気象測器です。

一般に、ライダー とは、レーザー光を発射し、物体に当たって跳ね返ってくるまでの時間から、物体までの距離や方向を測定する測器です。

このライダーが進化して、戻ってきたレーザー光の周波数のずれ（＝ドップラー効果）による、非降水時の風の分布や低層ウィンドシアーも観測できるようになったものがドップラーライダーです。

レーダーとライダーの違いは、使っている波の種類にあります。

レーダーは「Radio Detection And Ranging」の略で、電波（Radio wave）を使用して観測します。

一方、ライダーは「Light Detection And Ranging」の略で、レーザー光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）を使用して観測します。

この違いにより、レーダーとライダーでは、得意とする観測対象が異なります。

電波を使うレーダーは、波長が長いため、降水粒子や大気乱流といった比較的大きな物体を捉えることが得意です。

このため、レーダーは降水強度の分布や、降水域における風の分布の観測に優れています。

一方、レーザー光を使うライダーは、波長が短いため、エーロゾルや大気分子といった小さな粒子を捉えることが得意です。

このため、ライダーは降水がない時の風の分布や、低層ウィンドシアー（風の急変域）の観測に優れています。

現在、気象庁のドップラーライダーは、全国３か所の航空気象官署（羽田、成田、関西）に設置されており、全国20か所のドップラーレーダーとともに、航空機の安全な運航に欠かせない上空の大気を観測しています。

したがって、ドップラーライダーの観測対象は エ：非降水時の風の分布や低層ウィンドシアー となります。

以上より、本問の解答は、
(a) ア：上空のオゾン量
(b) ウ：降水強度の分布、降水域における風の分布
(c) エ：非降水時の風の分布や低層ウィンドシアー
とする １ となります。