JP5963064B2

JP5963064B2 - 降水量計

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Publication number: JP5963064B2
Application number: JP2014554590A
Authority: JP
Inventors: 益義松田
Original assignee: 株式会社Ｍｔｓ雪氷研究所
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: WO2014104291A1; JPWO2014104291A1

Description

本発明は、降水量計に関し、特に降雨又は降雪の降水粒子の飛来方向を検知可能とする降水量計に関する。

転倒マス雨量計を含む従来の雨量計、並びに降水量計(以降、単に従来の降水量計とい
う)は、受水器が一つであり、かつ、水平地表面を想定して受水面を水平で真上に向ける
ことで、近似的に降水粒子の水平地表面への衝突量（降水量）を計測しようとするものである。

しかし、現実の地表は水平面ばかりではなく、水平面を含む様々な方位と傾斜角を有する傾斜面乃至曲面で構成されており、従来の降水量計では、それら傾斜面乃至曲面への降水粒子の衝突量（降水量）を近似計測することはできない。近似計測するためには、降水粒子の飛来方向の検知が必要となるのである。

また、降水粒子が斜めあるいは水平方向から飛来する強風時には、降水量計の周囲に風の乱れが生じ、受水面で捕捉できない降水粒子の量が多くなる。かかる場合は、正確な降水量の測定が困難になる。

例えば、急傾斜地では、吹き上げ風により降水粒子は水平方向からも飛来するので、従来の降水量計では、正確な降水量の測定が困難であった。

かかる点の問題に対応するべく、本願発明者は、先に、従来の雨量計における水平な受水面を有する受水器を、球状の受水器（あるいは集水器）にし、その球面を隙間なく１２個に分割して全ての受水面が球の一部をなす１２個の受水器で構成し、あらゆる方向から飛来する雨水を受水し、降雨量と飛来方向を検知できる下方向からの飛来方向も含む全方位雨量計を提案している(特許文献１)。

特開２００９−１５６８６５号公報

ここで、上記特許文献１に記載の発明は、受水器の形状を球形にし、その球面を水平方向に３分割及び垂直方向に４分割して、計１２個の隙間ない受水面で個別に雨水を受水する構造を有する。さらに、１２個の受水面で受水した個別雨水を一定体積の水滴にして滴下し、所定時間内の滴下数をカウントして個別受水面の受水量を測定する。測定された１２個の受水量から、雨水の飛来方向を演算し取得することができる。

しかし、かかる先に提案の全方位雨量計は、受水器の形状と計測部の構造が複雑となり、製造面においてコスト高と成りやすい問題を有している。

そこで、本願発明者は、上記特許文献１の全方位雨量計に対し検討を加え、受水器の形状を工夫し、さらに受水面の数をより少なくしても、雨水の飛来方向を取得することができ、かつ、これまで世界で長く使用されてきた転倒マス雨量計の過去の大量の雨量記録との連続性を確保できる解決原理を見いだした。

したがって、本発明の目的は、かかる新たに見いだした解決原理に基づき、より簡易な構造で実現する降水量計を提供することにある。より具体的には、上記特許文献１に記載の発明に従う全方位降水量計にあっては、下方向を含む全方向からの降水量を検知出来るが、水平面を含む方向の飛来方向の検知で十分である場合は多い。したがって、本発明は、水平面を含む全天周方向の降水量を計測可能とする降水量計を提供するものである。

また、かかる本発明に従う降水量計を基に、降雨量のみで無く、降雪量の測定も可能な、降雨又は降雪による降水粒子を測定出来る降水量計を提供することにある。

上記の課題を達成する本発明の第１の側面は、降雨又は降雪による降水粒子を受ける受水部と、前記受水部で受けた降水粒子の量を測定する測定部を有する降水量計であって、
前記受水部は、
円錐状のロートを成し、前記ロートの円形開口部が天頂方向を向いた第１の受水器と、前記第１の受水器の円形開口部の円周を複数ｎに等分割して、側面に前記等分割数に対応する複数ｎの第２の受水器を有し、前記測定部は、所定時間当たりの、前記第１の受水器による受水量（Pm）と前記複数ｎの第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁〜Psn）を測定し、前記複数ｎの第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁〜Psｎ）の比から
降水粒子の飛来方向の方位αと、前記測定した第１の受水器による受水量（Pm）と前記複数ｎの第２の受水器における受水量（Ps₁〜Psn）の合計値との比から降水粒子の飛来方向の天頂からの傾斜角βを決定することを特徴とする。

上記の課題を達成する本発明の態様として、前記第２の側面において、雨又は雪による降水粒子を受ける受水部と、前記受水器で受けた降水粒子の量を測定する測定部を有する降水量計であって、
前記受水部は、円錐状のロートを成し、前記ロートの円形開口部が天頂方向を向いた第１の受水器と、前記第１の受水器の円形開口部の円周を４分割して、側面に４つの第２の受水器を有し、前記測定部は、所定期間当たりの、前記第１の受水器による受水量（Pm）、及び前記４つの第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁、Ps₂、Ps₃、Ps₄）を測定し、降水粒子の飛来方向の方位α（雨又は雪の飛来方向の北からの時計回り角度）と傾斜β（雨又は雪の飛来方向の天頂からの傾斜角）は、前記測定値Pm、Ps₁、Ps₂、Ps₃、Ps₄から、次の関係式により決定する、
tanβ=(πr/２L)/(Pm/Ps)
Ps₁≧Ps₂、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(Ps₁+Ps₂+Ps₃-Ps₄)/(Ps₁-Ps₂+Ps₃+Ps₄)、
Ps₂≧Ps₁、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(-Ps₁+Ps₂+Ps₃+Ps₄)/(Ps₁+Ps₂-Ps₃+Ps₄)
Ps₃≧Ps₁、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(Ps₁-Ps₂+Ps₃+Ps₄)/(Ps₁+Ps₂+Ps₃-Ps₄)
Ps₄≧Ps₁、Ps₂、Ps₃であれば、
tanα＝(Ps₁+Ps₂-Ps₃+Ps₄)/(-Ps₁+Ps₂+Ps₃+Ps₄)
ただし、ｒは、前記ロートの円形開口部の半径、
Lは、前記第２の受水部の高さ、
Psは、Ps₁、Ps₂、Ps₃、Ps₄の合計値である、ことを特徴とする。

さらに、上記の課題を達成する本発明の態様として、前記第１又は第２の側面において、前記第１の受水器及び、前記第２の受水器のそれぞれの底部側に、受水した降水粒子を下部に排出する排出穴を有し、前記排出穴からそれぞれ個別に導水管を通して前記測定部に連結するように構成されていることを特徴とする。

また、上記の課題を達成する本発明の態様として、前記第１又は第２の側面において、前記測定部は、前記第１の受水器及び、前記第２の受水器のそれぞれに対応する転倒マスを有し、前記導水管を通して受水した降水粒子を前記転倒マスに導き、前記転倒マスの転倒回数をそれぞれ独立して計測することを特徴とする。

また、上記の課題を達成する本発明の態様として、前記第１又は第２の側面において、前記測定部は、前記第１の受水器及び、前記第２の受水器のそれぞれに対応する前記導水管を通して流下するそれぞれの降水粒子の量を計量することを特徴とする。

さらに、上記の課題を達成する本発明の態様として、前記態様のいずれかにおいて、
前記第２の受水器のそれぞれに、前記第１の受水器の中心から前記第２の受水器の外周に方向に向かう放射状に配置された複数のひれ板を有することを特徴とする。

さらに、上記の課題を達成する本発明の態様として、前記態様のいずれかにおいて、
前記第２の受水器の外周を囲う、メッシュ状のジャバラの覆いを有することを特徴とする。

さらに、上記の課題を達成する本発明の態様として、前記態様のいずれかにおいて、
前記第１の受水器及び前記第２の受水器のそれぞれにメッシュ状の加熱ネットの覆いを有し、前記第２の受水器を覆う加熱ネットの部分は、上端が前記第１の受水器のロートの外縁部に固定され、下端側は解放されていることを特徴とする。

また、上記の課題を達成する本発明の態様として、前記態様において、前記ジャバラの覆い、及び、前記加熱ネットの覆いは、熱抵抗を有する材料で形成され、降雪量を測定する際に通電により降雪粒子に対する融雪温度まで加熱されることを特徴とする。

上記の本発明の構成により、次のような効果が得られる。

（１）本発明に従う降水量計は、簡易な構成で、天頂から0〜90度の範囲内のあらゆる方向からの雨水あるいは降雪を捕捉するので、正確な降水量が測定できる。

これにより、本発明の降水量計の使用により、これまで世界各地で使用されてきた雨量計乃至降水量計により測定されてきた過去の雨量乃至降水量の数値は、過小評価であったことが判明される。

例えば、富士山のような強風地域の風上側斜面では、降水粒子は水平若しくは下方からも飛来することがあり、既存の雨量計乃至降水量計ではこのような雨水乃至降水を全く捕捉できない。その結果、雨量計乃至降水量計の設置そのものを諦めざるをえなかったが、本発明の降水量計であれば、如何なる地形においても設置、水平面を含む全天周方向の降水量の計測が可能となる。

また、降雨量乃至降水量は、水源域における貯水池流入量の見積もり、斜面土砂災害時における雨水の地表衝突量や地中浸透量の見積もりなどに関連し、様々な水資源計画並びに水利用計画の立案、降雨災害の対策策定などに際し、不可欠且つ最も基本的な数値情報である。本発明の降水量計は、これらに必要なより正確な降水情報を提供することを可能にする。

（２）本発明の降水量計において、降水量を、雨又は降雪による降水粒子の水滴数のカウント値に置換える構成とする場合、測定精度（例えば、スイッチ部のスイッチの電極間を水滴が通過する際の通電状態をカウントする場合、水滴１個の重さ（約0.1ｇ）の均一性に依存する）が、従来の転倒マス雨量計に比べて格段（１００倍以上）に向上する。これにより、従来の雨量計では計測不能であった霧雨のような微少(0.5ｍｍ以下)の降雨も感知し、その雨量を測定することが可能である。

（３）本発明の適用により降雨又は降雪による降水粒子を捕捉、計測し、任意の方位と傾斜を持った斜面への降水粒子衝突量に変換できる。これにより本発明の降水量計では、従来の雨量計を用いては不可能であった、台風等の強風吹走時における風上側斜面と風下側斜面での雨水の地表衝突量の大きな違いを直接計測できる。また、雨量が関わる洪水など多くの災害発生の研究と予知に対する貢献が期待できる。

本発明に従う全方位降水量計の受水器の原理構成例を示す図である。図１の原理構成例の不都合を解消する第１の実施例構成を示す図である。図１の原理構成例の不都合を解消する第２の実施例構成を示す図である。更に別の実施例構成の斜視図である。図４の実施例の上面図である。図４の実施例における受水部の上面から見た図５の上面図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。測定部の一例を示す概念図である。特許文献１で先に提案した雨量計に使用した測定部の一例を示す概念図である。図８に示す滴下管５の形状の一例である。飛来方向と、受水面積の幾何学的関係図（その１）である。飛来方向と、受水面積の幾何学的関係図（その２）である。本発明に従う降水量計の別の実施例構成を示す図である。図１２の実施例の覆い部を示す図である。図１２の実施例の第１の受水部を示す図である。図１２の実施例の第２の受水部を示す図である。図１２の実施例の第２の受水部の上面図である。図１４の上面図の矢印Ａ−Ａ線の断面を示す図である。図１４の上面図の矢印Ｂ−Ｂ線の断面を示す図である。第三の実施例の概略斜視図である。第三の実施例の上面図である。図１６Ａ、１６ＢのＡ−Ａ線に沿う断面概略図である

以下に図面に従い、本発明の実施例を説明する。なお、実施例は、本発明の理解のためのものであり、本発明の適用がこれに限定されるものではない。

図１は、本発明に従う降水量計の受水部の原理構成例を示す図である。図１（Ａ）は、受水部の側面斜め上方向から、図１（Ｂ）は、受水部の天頂方向から観察した原理構成例を示す図である。

図１において、受水部は、第１の受水器と、第２の受水器を有する。ロート状の第１の受水器１０と、第１の受水器１０の開口部円周を仕切り板１、２、３、４で４分割して、受水器１０のロート状下側に形成される４つの第２の受水器１１、１２、１３、１４を有する構成である。しかし、本発明は、かかる構成には制限されない。すなわち、より方位を精密に測定するために、第２の受水器として、第１の受水器１０の開口部円周を複数ｎ（＞４）に等分割してもよい。

第１受水器１０及び第２の受水器１１、１２、１３、１４のそれぞれ下部側に導水部２５を有する。導水部２５は、周辺部に縦状の周辺縁２５Ａと、スカート部２５Ｂを有し、周辺縁２５Ａとスカート部２５Ｂの接続部を上辺にする凹み皿２５Ｃを有して構成される。

ここで、導水部２５の周辺縁２５Ａの径は、第１の受水器１０の開口径２ｒより若干a分だけ広いので、仕切り板１、２、３、４の導水部２５の周辺縁２５Ａと接する下端部がａ分だけ広く形成されている。導水部２５の周辺縁２５Ａの径を、第１の受水器１０の開口径２ｒより若干a分だけ広くしている理由は、特に後に説明する図２-図５における実施例において、第２の受水器における受水をより確実にするために必要である。ただし、a分の大きさが大きくなると測定誤差が大きくなるので、許容できる誤差との関係で、a分の大きさを決めることが好ましい。

第１の受水器１０、及び第２の受水器１１、１２、１３、１４を５つのチャネルCh0、Ch1、Ch2、Ch3、Ch4に対応付け、それぞれの受水器の底部側には、受水した雨水又は融雪水（以降単に、水という）を下部に排出する対応する排出穴２０、２１、２２、２３、２４が凹み皿２５Ｃに設けられている。

図１（Ｂ）より明らかなように、第１の受水器１０（チャネルCh0）を中心に、第２の受水器１１〜１４(チャネルCh1、Ch2、Ch3、Ch4)が取り囲んでいる。

なお、上記の構成は、ステンレス等の腐食しない材料で形成することが可能で、先の特許文献１で提案した構成に比して、製造が容易である。

ここで、図１（Ａ）に示す原理構成例では、第２の受水器１１、１２、１２、１４に飛来する雨粒に関しては、雨粒が第２の受水器の横方向に飛来する場合は、補足されること無く通過してしまうおそれがある。

かかる不都合に対しては、以下に示す具体的構成例により解消することが可能である。

図２には、その第１の具体的構成例が示される。図２は、図１と同様に、図２（Ａ）は、受水器の側面斜め上方向から、図２（Ｂ）は、受水器の天頂方向から見た構成を示す図である。図１と同様部位には、同じ参照数字を付している。

図１の原理構成例に対して、第２の受水器１１、１２、１３、１４内に、前記第１の受水器１０の中心から前記第２の受水器１１、１２、１３、１４の外周に向かう放射状に配置された複数の“ひれ板”１００を有している。かかるひれ板１００により、横方向に、第２の受水器１１、１２、１３、１４に到達する雨粒に対しても確実に捕捉が可能である。

“ひれ板”１００自体の材質もステンレス等の腐食しない材料で形成することが望ましい。

図３は、図１の原理構成例における上記した不都合を解消する、更に別の構成例である。図３には、図１と同様に、図３（Ａ）は、受水器の側面斜め上方向から、図３（Ｂ）は、受水器の天頂方向から見た構成を示す図である。

図３における構成の特徴は、第２の受水器１１、１２、１３、１４を覆うジャバラ状の覆い１１０を設けた構成である。図１と同じ他の部分は、同じ参照番号を付している。

ジャバラ状の覆い１１０は、板材では無く、メッシュ状の編み目構造であることが好ましい。編み目の大きさは、雨粒の通過しない１ｍｍ以下の編み目であることが望ましい。特に、図３に示す構成は、後に再度説明するように、降雪に対しても編み目で捉えることが可能であり、降雪量を計る降水量計としても使用が可能である。

ジャバラ状の覆い１１０についても、ステンレス等の腐食しない材料で形成することが望ましい。

特に、降雪量を計る降水量計として用いる場合は、ジャバラ状の覆い１１０は、通電に対し熱抵抗を有する材料でメッシュ自体を作成し、あるいは、メッシュに熱抵抗を有する材料をコートする。そして、メッシュに通電することにより、ジャバラ状の覆い１１０が加熱され、付着した降雪を融かすことが可能である。あるいは、ジャバラ状の覆い１１０を熱良導体として、電熱線を這わせることにより、電熱線より発する熱をジャバラ状の覆い１１０全体に伝達する様に構成しても良い。

そして、融雪水は、先に図１に説明したように、降水時と同様に、各チャネルに対応する排出穴２０、２１、２２、２３、２４に導かれる。

図４は、更に別の実施例構成の斜視図であり、図５は、その上面図である。かかる構成は、図３で示した構成とともに、降水量のみでなく、降雪量の測定を可能とすることを意図している。特徴として、第１の受水器１０及び第２の受水器１１、１２、１３、１４のそれぞれを加熱ネット５０で覆った構成を特徴とする。

飛来してきた雨水又は雪を捕捉する加熱ネット５０は、図３の実施例と同様に、通電に対し熱抵抗を有する材料（金属、合成樹脂、又はゴム材等）でメッシュ状に形成され、あるいは、メッシュに熱抵抗を有する材料をコートする。そして、メッシュに通電することにより、加熱ネット５０が加熱され、付着した降雪を融かすことが可能である。あるいは、先の実施例と同様に，加熱ネット５０を熱良導体として、電熱線を這わせることにより、電熱線より発する熱を加熱ネット５０全体に伝達する様に構成しても良い。

加熱ネット５０は、第２の受水器１１、１２、１３、１４に相当する部分において、上端側は、第１の受水器１０のロート部の周辺部と接続され、下端側は解放されている。加熱ネット５０は、電気を流し、適宜の温度に加熱されている。

かかる構成により、降雪は、ネット５０に付着し、融けて水の状態でネット５０を伝って、導水穴２２（２０、２１、２３、２４）に導かれる。

これにより、降雪量は、先に説明した、雨水と等化な対応で降雪量を測定することが出来る。

ここで、編み目に付着し、測定部に導かれない水量が多くなると、降水量の測定誤差になる。かかる観点から付着水量は、重要であり、上記図３の実施例におけるジャバラ状の覆い１１０、及び図４の実施例における加熱ネット５０を構成するメッシュの編み目の大きさについて検討を加えた。

実験により以下の測定結果を得た(［表１］)。

かかる表１の測定結果によるとジャバラ状の覆い１１０（あるいは、加熱ネット５０）に付着する水量は、メッシュ線の間隔（網目の粗さ）に依存し、網目の粗さが２〜３mmのメッシュに最も付着水の量が多かった。網目が２〜３mmよりも細かくなるにつれ付着水の量は減少し、１.４mm以下であれば測定誤差は全く問題にならないほど少量となった。また網目の粗さが２〜３mmよりも粗くなるほど付着水の量は少なくなり、編目が粗すぎると付着水量が減少に転じる状態を確認した。

この理由は、編目が粗くなると水はその表面張力では膜状に付着出来ず、金属線の脇腹に付着するのみとなるからである。網目が細かくなるほど、より多くの編目が水膜で覆われることも確認したが水膜は非常に薄く、間隔が１.２mmのNo.７メッシュの場合、水膜の平均厚さは、メッシュ水平時０.４mm(鉛直時０.２mm)と計算された。

網目が細かいメッシュほど付着水量は少なくなるが、編目を降雪粒子よりも大きくすると雪粒子は編目に引掛かからずにスリ抜けてしまう。

反対に、編目を細かくし過ぎると、埃などで目詰まりが起きやすくなる。したがって、編目は、結論として、降雪粒子（１〜１.５ｍｍ）程度とし、線の太さは丈夫で細いものが好ましい。

図に戻り、図６は、受水部の上面から見た図５におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

排出穴２０、２１、２２、２３、２４の先は、導水部２５を通して受水部のそれぞれの受水器が受水した水の量を計測する、図１において図示省略されている測定部に繋がっている。

図７は、測定部の一例を示す概念図である。

すなわち、それぞれのチャンネルCh0、Ch1、Ch2、Ch3、Ch4に対応する排出穴２０、２１、２２、２３、２４に繋がる、導水部２５に納められている導水パイプ３０、３１、３２、３３、３４により、対応する転倒マス４０、４１、４２、４３、４４に、受水した雨水が導かれるように構成されている。

例えば、転倒マス４０は、状態S1のように、一方の升に所定量の雨水が入ると、雨水の重みで転倒排出される。次いで、状態Ｓ２のように反対側の升に所定量まで雨水が溜まり、転倒排出される状態となり、再び状態Ｓ１に遷移する。そして、転倒の回数を計数して、計数値と升の雨水を溜める所定量を乗算することにより、対応する受水器への降雨量が判る。

図８は、特許文献１で先に提案した雨量計に使用した測定部の一例を示す概念図である。

５つのチャネルCh0、Ch1、Ch2、Ch3、Ch4に対応する排出穴２０、２１、２２、２３、２４に繋がる導水パイプ３０、３１、３２、３３、３４の先端に図８の左下に拡大して示す様な水滴を形成する滴下管５を設ける。

滴下管５の先端径Ｓは、一つの水滴の重さが約０．１ｇになる様な大きさを有している。

したがって、５つの滴下管Ch0、Ch1、Ch2、Ch3、Ch4に対応する導水パイプ３０、３１、３２、３３、３４を流下した水は、重さが０．１ｇの水滴となって滴下管５から滴下する。

図９は、図８に示す滴下管５の形状の一例である。上部管と、下部管５Ｂを有し、上部管にはフィルタ５Ａが詰め込まれている。

これにより、下部管５Ｂにより約０．１ｇの水滴が作られ、滴下する。更に、落下の途中に、一対の電極部６ａ、６ｂを有する。電極部６ａ、６ｂ間を水滴が通過する際に電極部６ａ、６間が導通される。

一対の電極部６ａ、６ｂは、それらの間の通電により水滴を検知する検知部としてのスイッチである。

したがって、この電極部６ａ、６ｂ間の導通回数をカウントすることにより、滴下する水滴の数を計数することができる。これにより、計数した水滴の数と、一つの水滴の重量０．１ｇを乗算すれば、各受水器で受水した雨水の量を算出することができる。

ここで、本発明において、上記の水滴を検知する方法として、電極部６ａ、６ｂ間の通電による方法に限られず、他に種々の態様が可能である。例えば、非接触な方法として、光の透過量変化で水滴を検知する方法、あるいは、水滴をマイクに落下して、その際の音の変化の有無を検知して水滴を検知する方法等、いずれの方法も本発明の対象として制限されるものではない。

この様に、５つの受水器で受水した雨又は雪の量から飛来方向の方位及び傾斜を求めることができる。以下にその原理を説明する。

今、雨又は雪の飛来方向を方位α（飛来方向の北からの時計回りの角度）、傾斜β（飛来方向の天頂からの傾斜角）として定義すると、図１０、図１１のような、飛来方向と、受水面積の幾何学的関係図［図１０（その１）、図１１（その２）］が描ける。

なお、北（Ｎ）と東（Ｅ）の間の受水領域にチャネルCh1に対応する受水器１１が、東（Ｅ）と南（Ｓ）の間の受水領域にチャネルCh2に対応する受水器１２が、南（Ｓ）と西（Ｗ）の間の受水領域にチャネルCh3に対応する受水器１３が、西（Ｗ）と北（Ｎ）の間の受水領域にチャネルCh4に対応する受水器１４が置かれていると考える。

さらに、第１の受水器１０の半径をｒ、第２の受水器１１、１２、１３、１４の高さをＬとする。したがって、第１の受水器１０の面積Ｍ_０は、Ｍ_０＝πｒ^２であり、第２の受水器１１、１２、１３、１４の側方面積Ｓ_０は、Ｓ_０＝２ｒＬである。

そして、図１０、図１１において、第１の受水器１０で受水する面積をＭ、第２の受水器１１、１２、１３、１４で受水する面積をＳとする。

図１１において、雨又は雪の飛来方向の傾斜をβとすれば、第１の受水器１０が雨又は雪を受ける面積Ｍは、Ｍ＝Ｍ_０sin（90-β）＝Ｍ_０cosβ=πｒ^２cosβ、第２の受水器１１、１２、１３、１４の雨水又は雪を受ける面積Ｓは、Ｓ＝Ｓ_１＋Ｓ_２＋Ｓ_３＋Ｓ_４＝Ｓ_０sinβ＝２ｒＬsinβである。

さらに、図１０から第２の受水器１１、１２、１３、１４の各々が雨又は雪を受ける面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、つぎのとおりである。

Ｓ_１＝ｒ(sinα＋cosβ)・Ｌsinβ
Ｓ_２＝r(1-cosα)・Ｌsinβ
Ｓ_３＝０
Ｓ_４＝r(1-sinα)・Ｌsinβ
第１の受水器１０で受水する面積をＭ、受水量をPm（計測単位：kg）とし、第２の受水器１１、１２、１３、１４の各々で受水する面積をＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、受水量（計測単位：kg）をPs₁、Ps₂、Ps₃、Ps₄とすると、
Pm/Ｍ＝Ps/Ｓ、ただし、Ps＝Ps₁＋Ps₂＋Ps₃＋Ps₄
よって、Pm/Ps＝Ｍ/Ｓ
＝(M₀cosβ)/(Ｓ₀sinβ)
＝πr²cosβ/２rLsinβ
＝πr/２Ltanβ
したがって、tanβ＝(πr/２L)/(Pm/Ps)
また、Ps₂/Ps=S₂/S
＝r(1-cosα)L/２rL
＝(1-cosα)/２
よって、cosα＝１-２Ps₂/Ps
同様に、
Ps₄/Ps=S₄/S
＝r(1-cosα)Lsinβ/２rLsinβ
＝(1-sinα)/２
よって、sinα＝１-２Ps₄/Ps
したがって、Ps₁≧Ps₂、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝sinα/cosα
＝(１-２Ps₄/Ps)/(１-２Ps₂/Ps)
＝(Ps-２Ps₄)/(Ps-２Ps₂)
＝(Ps₁+Ps₂+Ps₃-Ps₄)/(Ps₁-Ps₂+Ps₃+Ps₄)
となる。ただし、
Ps₂≧Ps₁、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(-Ps₁+Ps₂+Ps₃+Ps₄)/(Ps₁+Ps₂-Ps₃+Ps₄)
Ps₃≧Ps₁、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(Ps₁-Ps₂+Ps₃+Ps₄)/(Ps₁+Ps₂+Ps₃-Ps₄)
Ps₄≧Ps₁、Ps₂、Ps₃であれば、
tanα＝(Ps₁+Ps₂-Ps₃+Ps₄)/(-Ps₁+Ps₂+Ps₃+Ps₄)
以上により、方位αと傾斜βは、受水量の計測値(Pm、Ps、Ps₁、Ps₂、Ps_４）から算出できる。なお、βの計測可能範囲は０〜９０度である。

なお、上記説明は、第1の受水器１０と第２の受水器１１、１２、１３、１４による５チャンネルの例であるが、より一般化して、第２の受水器を複数ｎに分割した場合を想定すると、次の関係によって、より細かい精度で、降雨量又は降雪量を測定することができる。

すなわち、円錐状のロートを成し、前記ロートの円形開口部が天頂方向を向いた第１の受水器１０と、前記第１の受水器１０の円形開口部の円周を複数ｎに等分割して、側面に前記等分割数に対応する複数ｎの第２の受水器を有するように構成する。

そして、測定部は、所定期間当たりの、前記第１の受水器１０による受水量（Pm）と前記複数ｎ個の第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁〜Psn）を測定する。ついで、前記複数ｎの第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁〜Psn）の比から雨の飛来方向の方位αを決定する。

さらに、前記測定した第１の受水器１０による受水量（Pm）と前記複数ｎ個の第２の受水器１１、１２、１３、１４におけるそれぞれの受水量（Ps₁〜Psn）の比から雨の飛来方向の天頂からの傾斜角βを決定することができる。

図１２は、本発明に従う降水量計の別の実施例構成を示す図である。

先の実施例構成では、第１の受水器１０のロート状の下側に複数の第２の受水器１１、１２、１３、１４を配する一体構成である。

これに対して、図１２は、別の実施例構成として、第２の受水器第１の受水器１０の胴体部１０Ａの外側に配置する構成を示す図である。図１２において、構成を理解容易の様に部分的に透視状に示している。

かかる構成では、一般的に使用されている転倒マスを用いる降水量計を第１の受水器１０として使用することが出来る。更に、第１の受水器１０と第２の受水器１１、１２、１３、１４は分離可能として構成することができる。

図１２において、第２の受水器１１、１２、１３、１４は、本体部の胴体６０で囲われている。本体部の胴体６０の上部縁円と対応する下側径を有する覆い部５１で覆われている。覆い部５１の上側径は、第１の受水器１０の径に対応する。

覆い部５１には、先の実施例で説明した加熱ネット５０を有している。

図１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、理解容易の様に図１２の実施例を更に分割して示す図である。図１３Ａは覆い部５１を、図１３Ｂは第１の受水部１０を、図１４は第２の受水部１１、１２、１３、１４の上面図である。

図１３Ａに示す覆い部５１は、先の実施例と同様に，加熱ネット５０を有している。加熱ネット５０は、それ自体を加熱線としても良いし、別途貼り付けられた発熱体の熱を伝達する熱伝導体としてもよい。冬期に使用される時、覆い部５１により融雪して、降雪量を図ることも可能である。

図１３Ｂに示す第1の受水器１０は、一般に使用される転倒マス式の降水量計が使用できる。図１３Ｂでは、転倒マスは、図示省略している。

図１３Ｃは、第２の受水器１１，１２，１３，１４を示す図である。この実施例では、第２の受水器１１，１２，１３，１４は、外側円筒６０と、内側円筒６１とにより、一体に形成されている。内側円筒６１は、その高さが第１の受水器１０に等しく、第１の受水器１０が挿入される径を有している。

外側円筒６０の高さは、内側円筒６１の高さより小さく、外側円筒６０の径と内側円筒６１の径の差により形成される領域に，後に説明するようにロート状の第２の受水器１１，１２，１３，１４が形成される。図１３Ｃでは、受水器１１のみが示され、これに対応して導水穴２０,導水パイプ２１が示される。この導水パイプ２１の下部に対応する転倒マス或いは、図９に示した水滴数検出スイッチ機構が設けられる。

図１３Ｃにおいて、更に１，２は、チャネル仕切り板であり、１００は，横方向の降水を受け止めるひれ板である。

図１４は、図１２の実施例の降水量計の上面図である。中心に第１の受水器１０の導水穴２０が見られる。第１の受水器１０が、第２の受水器１１，１２，１３，１４の内側円筒６１に挿入されている。

第２の受水器１１，１２，１３，１４は、外側円筒６０と内側円筒６１の間に形成される。仕切り板１，２，３，４は、第２の受水器１１，１２，１３，１４のそれぞれを区切る仕切り板である。仕切り板１，２，３，４で区切られて形成される第２の受水器１１，１２，１３，１４のそれぞれに対応して導水穴２０，２１，２２，２３を有する。

導水穴２０，２１，２２，２３の位置は、外側円筒６０の円周縁の高さより低く、円周縁及び仕切り板１，２，３，４の下端から、対応する導水穴２０，２１，２２，２３に向かう傾斜によりロート状が形成される。

図１５Ａ，図１５Ｂは、それぞれ図１４の上面図の矢印Ａ−Ａ線の断面、矢印Ｂ−Ｂ線の断面を示す図である。

チャネルの仕切り板１，２，３，４と、ひれ板１００の形状は同じ三角形である。上側の角部の角度は、約３０°である。これは、一般的な転倒マス式降水量計の上縁部側の傾斜が３０°に規格されていることに対応させている。

ひれ板１００の下側は、図１５Ａ，図１５Ｂにより見られるように、第２の受水器１１，１２，１３，１４は、ロート状(図のまるで囲んだ部分)の傾斜に対応して、浮いた状態である。

かかる第２の降水量計は、既存の一般的な転倒式降水量計を拡張して構成することができるので、適宜用途に応じて一次元降水量計とするか、３次元降水量計としての構成変更が容易である。

図１６Ａ、１６Ｂ，１６Ｃは、更に第３の実施例の降水量計を説明する図である。

図１６Ａは、第３の実施例の概略斜視図である。図１６Ｂは、その上面図、図１６Ｃは、図１６Ａ、１６ＢのＡ−Ａ線に沿う断面概略図である。

この第３の実施例の特徴は、前記第１及び第２の実施例における第１の受水器に、第２の受水器の機能を兼ねさせた形態である。

概念的には、第１及び第２の実施例における第１の受水器を等分割して４つの受水器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を形成している。これにより、第１及び第２の実施例における側面側に形成された第２の受水器１１，１２，１３，１４を省略した形態を成している。

すなわち、少なくとも上面が開放された円筒容器１１０に、円周方向に円筒容器１１０の長さに対して、略半分の長さの４つの仕切り板２０１，２０２，２０３，２０４により４等分割して４つの受水器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を形成している。

４つの仕切り板２０１，２０２，２０３，２０４は、円筒容器１１０の上部端面から円筒中心に向かって、低くなるような傾斜を有している。４つの仕切り板２０１，２０２，２０３，２０４の下端側に、ロート状受水部を有する。

ロート状受水部の形態は、図１６Ｂ，図１６Ｃにより、良く理解できる。図１６Ｂは、第３の実施例の降水量計の上面図であって、４つの仕切り板２０１，２０２，２０３，２０４により仕切られた４つの受水器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のロート状受水部２２０，２２１，２２２，２２３が示される。

それぞれのロート状受水部２２０，２２１，２２２，２２３には、対応する排水穴２１１，２１２，２１３，２１４を有する。排水穴２１１，２１２，２１３，２１４のそれぞれに繋がる配水管を通して、図示省略された転倒マス或いは、図９に示した水滴数検出スイッチ機構に受水が送られる。

図１６Ｃは、図１６ＢのＡ−Ａ線における断面図である。断面部分には、受水器Ｓ２，Ｓ４が属し、対応するロート状受水部２２１，２２３と、その排水穴２１２と２１４が示される。また、破線部は、仕切り板２０３，２０４を概念的に示している。

かかる第３の実施例では、降水粒子の飛来方向の方位と傾斜角は４つの受水器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれの降水量から求めることができる。傾斜角は、天頂から９０°の角度の範囲で求めることが可能である。例えば、図１６Ａにおいて、図面に垂直方向からの降水は、受水器Ｓ３で最も多く受水される。したがって、受水器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４での受水量の比から降水粒子の降水方向及び傾斜角を求めることができる。

さらに、全体の構成量は、４つの受水器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の降水量の総和から求めることができる。

１０第１の受水器
１１、１２、１３、１４第２の受水器
２０、２１、２２、２３、２４導水穴
３０、３１、３２、３３、３４導水パイプ
４０、４１、４２、４３、４４転倒マス
１、２、３、４仕切り板
５滴下管
２５導水部
５０加熱ネット
１００ひれ板
１１０ジャバラ状の覆い

Claims

降雨又は降雪による降水粒子を受ける受水部と、前記受水部で受けた降水粒子の量を測定する測定部を有する降水量計であって、
前記受水部は、
円錐状のロートを成し、前記ロートの円形開口部が天頂方向を向いた第１の受水器と、
前記第１の受水器の円形開口部の円周を複数ｎに等分割して、側面に前記等分割数に対応する複数ｎ個の第２の受水器を有し、
前記測定部は、所定時間当たりの、前記第１の受水器による受水量（Pm）と前記複数ｎ個の第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁〜Psn）を測定し、
前記複数ｎの第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁〜Psn）の比から降水粒子の飛来方向の方位αと、前記測定した第１の受水器による受水量（Pm）と、前記複数ｎの第２の受水器における受水量（Ps₁〜Psn）の合計値との比から降水粒子の飛来方向の天頂からの傾斜角βを決定する、
ことを特徴とする降水量計。
請求項１において、
前記第１の受水器は、前記円錐状のロートの周縁に沿う端円を有する円筒状の胴体部を有し、
前記ｎ個の第２の受水器は、前記胴体部の外側に沿って形成された前記ｎ個に対応するロートを有する、
ことを特徴とする降水量計。
降雨又は降雪による降水粒子を受ける受水部と、前記受水部で受けた降水粒子の量を測定する測定部を有する降水量計であって、
前記受水部は、
円錐状のロートを成し、前記ロートの円形開口部が上方向を向いた第１の受水器と、
前記第１の受水器の円形開口部の円周を４つに等分割して、側面に４つの第２の受水器を有し、
前記測定部は、所定時間当たりの、前記第１の受水器による受水量（Pm）、及び前記４つの第２の受水器におけるそれぞれの受水量（Ps₁、Ps₂、Ps₃、Ps₄）を測定し、
降水粒子の飛来方向の方位α（雨又は雪の飛来方向の北からの時計回り角度）と傾斜β（雨又は雪の降水粒子飛来方向の天頂からの傾斜角）は、前記測定値Pm、Ps₁、Ps₂、Ps₃、Ps₄から、次の関係式により決定する、
tanβ=(πr/２L)/(Pm/Ps)
Ps₁≧Ps₂、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(Ps₁+Ps₂+Ps₃-Ps₄)/(Ps₁-Ps₂+Ps₃+Ps₄)、
Ps₂≧Ps₁、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(-Ps₁+Ps₂+Ps₃+Ps₄)/(Ps₁+Ps₂-Ps₃+Ps₄)
Ps₃≧Ps₁、Ps₃、Ps₄であれば、
tanα＝(Ps₁-Ps₂+Ps₃+Ps₄)/(Ps₁+Ps₂+Ps₃-Ps₄)
Ps₄≧Ps₁、Ps₂、Ps₃であれば、
tanα＝(Ps₁+Ps₂-Ps₃+Ps₄)/(-Ps₁+Ps₂+Ps₃+Ps₄)
ただし、ｒは、前記ロートの円形開口部の半径、
Lは、前記第２の受水器の高さ、
Psは、Ps₁、Ps₂、Ps₃、Ps₄の合計値である、
ことを特徴とする降水量計。
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記第１の受水器及び、前記第２の受水器のそれぞれの底部側に、それぞれ個別に導水管を有し、前記導水管を通して前記測定部に連結するように構成されている、
ことを特徴とする降水量計。
請求項４において、
前記測定部は、前記第１の受水器及び、前記第２の受水器のそれぞれに対応する転倒マスを有し、前記導水管を通して受水した降水を前記転倒マスに導き、前記転倒マスの転倒回数をそれぞれ独立して計測する、
ことを特徴とする降水量計。
請求項４において、
前記測定部は、前記第１の受水器及び、前記第２の受水器のそれぞれに対応する前記導水管を通して流下するそれぞれの降水粒子の量を計量する、
ことを特徴とする降水量計。
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記第２の受水器のそれぞれに、前記第１の受水器の中心から前記第２の受水器の外周方向に向かう放射状に配置された複数のひれ板を有する、
ことを特徴とする降水量計。
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記第２の受水器の外周を囲う、メッシュ状のジャバラの覆いを有する、
ことを特徴とする降水量計。
請求項８において、
前記ジャバラの覆いは、熱抵抗を有する材料で形成され、降雪量を測定する際に通電により降雪粒子に対する融雪温度まで加熱される、
ことを特徴とする降水量計。
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記第１の受水器及び前記第２の受水器のそれぞれにメッシュ状の加熱ネットの覆いを有し、
前記第２の受水器を覆う加熱ネットの部分は、上端が前記第１の受水器のロートの外縁部に固定され、下端側は解放されている、
ことを特徴とする降水量計。
請求項１０において、
前記加熱ネットの覆いは、熱抵抗を有する材料で形成され、降雪量を測定する際に通電により降雪粒子に対する融雪温度まで加熱される、
ことを特徴とする降水量計。
上面が開放された円筒容器と、
それぞれ前記円筒容器の上端縁から前記円筒容器の中心に向かって低くなる上端側に傾斜を有する４つの仕切り板と、
前記４つの仕切り板により円周方向に４つに等分割されたそれぞれの領域に形成される４つの受水器と、
前記４つの受水器のそれぞれに対応し、それぞれで受水する降水量を検知する４つの降水量検知部を有し、
前記４つの受水器は、対応する前記４つの仕切り板の下端部に繋がるロート状の受水部を有し、更に
前記４つの受水器のそれぞれのロート状の受水部は、排水穴と、前記排水穴に繋がる導水管を有し、
前記４つの導水管に対応する前記４つの降水量検知部で検知される降水量から，降水粒子の飛来方向の方位と傾斜角を判定する、
ことを特徴とする降水量計。