JP7126969B2

JP7126969B2 - 気象観測装置

Info

Publication number: JP7126969B2
Application number: JP2019038561A
Authority: JP
Inventors: 健作清水; 卓治杉立
Original assignee: Meisei Electric Co Ltd
Current assignee: Meisei Electric Co Ltd
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2022-08-29
Anticipated expiration: 2039-03-04
Also published as: JP2020143916A

Description

本発明は、上空の気象を観測するために用いられる気象観測装置に関する。

従来、上空の気象の観測を行うために、図１に示すように、ゴム気球１０、パラシュート２０及びゴム気球１０より重いラジオゾンデ３０を備えた気象観測装置１００が用いられる。図１は、従来の気象観測装置の概略図である。パラシュート２０は、空気抵抗を受けて開度が変更される傘体２０１と、傘体２０１の縁から延びて一点（点Ａ）でまとめられる複数の吊り索２０２と、を備える。ゴム気球１０と傘体２０１の頂部２０１ａとがライン４０で繋がり、吊り索２０２の先端（点Ａ）とラジオゾンデ３０の上面３０１（ライン取付部３０１ａ）とがライン５０によって繋がっている。

ラジオゾンデ３０は、気温、湿度などの気象要素を測定するセンサを搭載し、測定した情報を送信するための無線送信機を備えた気象観測器である。ラジオゾンデ３０をゴム気球１０に吊るして空に飛ばすことで、地上から数十キロまでの大気の状態を観測する。

気象観測装置１００を上空に飛ばした場合、上空では大気圧が低下するため、ゴム気球１０が膨張する。最終的にゴム気球１０が破裂すると、ゴム気球１０よりラジオゾンデ３０が重いため、ラジオゾンデ３０が最も下となって落下し、これに引っ張られてパラシュート２０が落下する。このとき、傘体２０１の内面が下方からの空気抵抗を受け、パラシュート２０（傘体２０１）が開くため、ラジオゾンデ３０は緩やかに落下する。

近年、技術の進歩とともに、ラジオゾンデの軽量化が進み、ゴム気球より軽いラジオゾンデが用いられている。このようなラジオゾンデを用いて、図１に示す気象観測装置１００を構成した場合、上空でゴム気球１０が破裂すると、ゴム気球１０がラジオゾンデ３０より重いため、ゴム気球１０が最も下となって落下し、これに引っ張られてパラシュート２０が落下する（図１における上下が逆となった状態で落下する）。このとき、傘体２０１の頂部２０１ａが下方を向いているため、傘体２０１の内面が下方からの空気抵抗を受けることができず、パラシュート２０（傘体２０１）が開かないままラジオゾンデ３０が落下してしまう。

そこで、本発明は、ゴム気球より軽いラジオゾンデを用いた場合であってもラジオゾンデを緩やかに落下させることができる、気象観測装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、（１）ラジオゾンデと、傘体と、集合点から前記傘体の縁に延びる複数の吊り索と、を備えるパラシュートと、第１ラインを介して前記ラジオゾンデに取り付けられ、前記ラジオゾンデ及び前記パラシュートのそれぞれよりも重いゴム気球と、前記複数の吊り索を包囲してまとめるように、前記パラシュートに取り付けられるリングと、を備え、前記複数の吊り索の前記集合点は、直接または第２ラインを介して、前記ラジオゾンデに取り付けられ、前記ゴム気球の上昇時に、前記パラシュートは、前記傘体の頂部が前記集合点よりも下方に位置した状態で上昇可能であり、前記リングは、前記複数の吊り索に対して摺動可能であり、前記ゴム気球の上昇時に前記傘体を所定の開度に維持することを特徴とする気象観測装置。

（２）前記ラジオゾンデには、前記ゴム気球を前記ラジオゾンデの上面に取り付ける第１取り付け位置と、前記複数の吊り索の前記集合点を前記ラジオゾンデの下面に取り付ける第２取り付け位置と、がそれぞれ１つずつ設けられ、前記第１取り付け位置及び前記第２取り付け位置は、前記第１取り付け位置、前記第２取り付け位置及び前記ラジオゾンデの重心が重力方向において同一直線上に位置するように、配置されることを特徴とする（１）に記載の気象観測装置。

（３）前記傘体には、前記傘体を貫通する排水孔が設けられることを特徴とする（１）または（２）に記載の気象観測装置。

（４）前記リングは円筒形状を有することを特徴とする（１）ないし（３）のうちいずれか一つに記載の気象観測装置。

本発明の構成によれば、ゴム気球が破裂して気象観測装置が落下するときには、ラジオゾンデやパラシュートよりも重いゴム気球がラジオゾンデやパラシュートよりも下方に移動することにより、傘体の姿勢が上昇時と逆転し、傘体の内面が下方からの空気抵抗を受けてパラシュート（傘体）が開くため、ラジオゾンデを緩やかに落下させることができる。

また、気象観測装置が上昇するときには、リングによって傘体を所定の開度に維持することにより、傘体の内面が受ける空気抵抗を適度に調整することができる。その結果、ラジオゾンデの上昇に適度の抵抗を与えることができ、上空での風による影響（例えば、ラジオゾンデの横振り）を抑制することができる。

従来の気象観測装置の概略図である。本実施形態に係る気象観測装置の概略図である。本実施形態に係る気象観測装置の、落下時における概略図である。本実施形態に係る気象観測装置が備えるリングの斜視図である。本実施形態に係る気象観測装置が備えるリングの変形例である。本実施形態に係る気象観測装置が備えるリングの別の変形例である。本実施形態に係る気象観測装置が備えるラジオゾンデ及びパラシュートの拡大図であって、パラシュートの変形例である。本実施形態に係る気象観測装置が備えるラジオゾンデ及びパラシュートの拡大図であって、パラシュートの別の変形例である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る気象観測装置の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る気象観測装置の概略図である。気象観測装置１は、ゴム気球２と、ゴム気球２より軽量のラジオゾンデ３と、パラシュート４と、を備える。パラシュート４は、空気抵抗を受けて開度が変更される傘体４１と、傘体４１の縁から延びて一点（集合点Ｐ）でまとめられる複数の吊り索４２と、を備える。気象観測装置１において、ゴム気球２とラジオゾンデ３の上面３１（ライン取付部３１ａ）とが第１ライン５によって繋がっている。言い換えると、ゴム気球２は、第１ライン５を介してラジオゾンデ３に取り付けられている。また、ラジオゾンデ３の下面３２とパラシュート４の吊り索４２の先端（集合点Ｐ）とが第２ライン６によって繋がっている。言い換えると、吊り索４２の先端（集合点Ｐ）は、第２ライン６を介してラジオゾンデ３に取り付けられている。傘体４１の頂部４１ａが、気象観測装置１の最も下端に位置している。

気象観測装置１を上空に飛ばすと、傘体４１の内面が上方からの空気抵抗を受けるため、パラシュート４が取り付けられたラジオゾンデ３が下方に引っ張られる。そのため、上空での風による影響（例えば、ラジオゾンデ３の横振り）を抑制することができ、上空におけるラジオゾンデ３の姿勢安定性が向上する。

図３は、本実施形態に係る気象観測装置１の、落下時における概略図である。ゴム気球２はラジオゾンデ３やパラシュート４より重いため、ゴム気球２が破裂すると、しぼんだゴム気球２が最も下となって落下し、これに引っ張られるようにラジオゾンデ３が落下する。このときラジオゾンデ３に取り付けられたパラシュート４の傘体４１の内面が下方からの空気抵抗を受けて開くため、ラジオゾンデ３を緩やかに落下させることができる。

図２及び図４を参照して、気象観測装置１はさらに、パラシュート４の吊り索４２を包囲してまとめるように取り付けられたリング７を備える。リング７は、吊り索４２に対して摺動可能である。図４は、本実施形態に係る気象観測装置１が備えるリング７の斜視図である。視認できない部分については破線で示し、後述する図５においても同様であるとする。リング７は、図４に示すように円筒形状を有する。リング７の内壁面７１の下縁７１ａを吊り索４２に接触させ、下縁７１ａによって吊り索４２をリング７の径方向内側に絞ることにより、図２に示すように、リング７がパラシュート４に取り付けられる。リング７が自重によって傘体４１に向かって下がると、下縁７１ａと吊り索４２との接触位置が下がり、吊り索４２が傘体４１の縁をこの径方向内側に引っ張る。そのため、傘体４１の縁がこの径方向内側にすぼまり、傘体４１の開度は、リング７を取り付けていないときの開度よりも小さくなる。ここで、傘体４１の開度は、リング７の内径や重量に依存し、リング７の重量は、気象観測装置１の上昇時において傘体４１の開度を維持するための因子となる。

上述の通り、傘体４１の内面は、気象観測装置１の上昇時において上方からの空気抵抗を受けるため、上空での風による影響（例えば、ラジオゾンデ３の横振り）を抑制することができる。ここで、傘体４１の開度が小さすぎると、傘体４１の内面が上昇時における空気抵抗を十分に受けることができず、上述の効果（姿勢安定性）を十分に享受することができない可能性がある。一方、傘体４１の開度が大きすぎると、気象観測装置１の上昇時において、傘体４１の内面が過大な空気抵抗を受けることとなる。特に、リング７をパラシュート４に取り付けていないと、傘体４１が全開となりやすくなり、傘体４１の内面が過大な空気抵抗を受けやすくなる。そのため、ラジオゾンデ３を下方に引っ張る力が過大となり、気象観測装置１が観測目標高度に達するまでの時間の長期化（すなわち、観測時間の長期化）を招くおそれがある。

したがって、傘体４１の開度を適切に設定することができるように、リング７の内径や重量を適宜決めることにより、上空での風による影響（例えば、ラジオゾンデ３の横振り）を、効果的に抑制することができる。

上述したように、リング７は、吊り索４２に対して摺動可能であり、吊り索４２に対して固定されていない。この構成によれば、気象観測装置１の落下時（図３）において、パラシュート４の姿勢が上昇時と逆転することにより、リング７が自重によって吊り索４２から落下し、第２ライン６を通ってラジオゾンデ３の下面３２（図３の状態では上面）に落ちる。そのため、傘体４１が開く際に、リング７が邪魔とならない。

また、上述したように、リング７は円筒形状を有する。そのため、気象観測装置１の上昇時（図２）において、傘体４１が突発的に、上方からの過度な空気抵抗を受けた場合であっても、吊り索４２がリング７の内壁面７１の下縁７１ａに接触して引っかかる。これにより、リング７が上方に摺動することなく、傘体４１の開度を維持することができる。

ラジオゾンデ３には、第１ライン５（ゴム気球２）をラジオゾンデ３の上面３１に取り付ける第１取り付け位置３ａと、第２ライン６（複数の吊り索４２の先端（集合点Ｐ））をラジオゾンデ３の下面３２に取り付ける第２取り付け位置３ｂと、がそれぞれ１つずつ設けられている。また、第１取り付け位置３ａ及び第２取り付け位置３ｂは、重力方向に見た場合において、ラジオゾンデ３の重心に対応する位置に配置される。

ラジオゾンデ３は、気象観測装置１の上昇時に、第１取り付け位置３ａにおいてゴム気球２に吊り上げられるとともに、第２取り付け位置３ｂにおいて、上方からの空気抵抗を受けたパラシュート４によって下方に引っ張られる。第１取り付け位置３ａ及び第２取り付け位置３ｂと、ラジオゾンデ３の重心との位置関係によっては、上空で風が吹いた場合、第１取り付け位置３ａ及び第２取り付け位置３ｂを支点として、ラジオゾンデ３の横振りが生じるおそれがある。

ここで、重力方向視において、第１取り付け位置３ａ及び第２取り付け位置３ｂがラジオゾンデ３の重心に対応する位置から外れている構成の場合、第１取り付け位置３ａ及び第２取り付け位置３ｂ（横振れの支点）と、ラジオゾンデ３の重心と、はラジオゾンデ３の横方向に離隔している。そのため、上空で風が吹くと、ラジオゾンデ３の重心が、第１取り付け位置３ａ及び第２取り付け位置３ｂを中心として振れる。

一方、本実施形態に係る上記構成によれば、第１取り付け位置３ａ、第２取り付け位置３ｂ及びラジオゾンデ３の重心が、重力方向において同一直線上に配置される。そのため、上空で風が吹いても、ラジオゾンデ３の重心がほとんど振れない。

すなわち、上記構成によれば、上空での風による影響（ラジオゾンデ３の横振り）を、さらにより効果的に抑制することができる。

パラシュート４の傘体４１には、傘体４１を貫通する排水孔４１０が設けられている。傘体４１に排水孔４１０が設けられていない場合、雨天時に気象観測装置１を飛ばす際に、傘体４１の内側に雨水が溜まってパラシュート４が重くなり、ラジオゾンデ３が下方に引っ張られやすくなる。そのため、気象観測装置１が観測目標高度に達するまでの時間の長期化（すなわち、観測時間の長期化）を招くおそれがある。一方、傘体４１に排水孔４１０が設けられることにより、傘体４１の内側に入ってきた雨水を、排水孔４１０を介して傘体４１の外部へと排出することができるため、観測時間の長期化を抑制することができる。なお、図２及び３において、排水孔４１０は傘体４１に複数設けられているが、これに限られず、排水孔４１０は傘体４１に１つのみ設けられる構成であってよい。また、傘体４１において、排水孔４１０を設ける位置は、適宜決めることができ、例えば、傘体４１の頂部４１ａに排水孔４１０を設けることができる。

（変形例１）
上述の実施形態において、気象観測装置１の上昇時（図２）には、傘体４１が、ラジオゾンデ３の下方に位置する構成となっているが、これに限られず、例えば、ラジオゾンデ３の横方向（図２の左右方向）において、ラジオゾンデ３及びパラシュート４が並んでいてもよい。すなわち、気象観測装置１の上昇時において、パラシュート４は、傘体４１の頂部４１ａが吊り索４２の先端（集合点Ｐ）よりも下方に位置する姿勢となっていればよい。言い換えると、パラシュート４を重力方向に見た場合において、傘体４１の内面の少なくとも一部が視認可能であればよい。この構成によれば、気象観測装置１の上昇時において、傘体４１の内面の少なくとも一部が上方からの空気抵抗を受け、パラシュート４が取り付けられたラジオゾンデ３が下方に引っ張られる。そのため、上空での風による影響（例えば、ラジオゾンデ３の横振り）を抑制することができ、上空におけるラジオゾンデ３の姿勢安定性が向上する。

（変形例２）
上述の実施形態において、第１取り付け位置３ａはラジオゾンデ３の上面３１に設けられ、第２取り付け位置３ｂはラジオゾンデ３の下面３２に設けられている。しかしながら、これに限られず、第１取り付け位置３ａ及び第２取り付け位置３ｂは、ラジオゾンデ３の任意の位置に設けられていればよく、第１取り付け位置３ａと第２取り付け位置３ｂとの相対的な位置関係は問わない。

気象観測装置１の落下時（図３）においては、第１取り付け位置３ａと第２取り付け位置３ｂの位置関係にかかわらず、ゴム気球１０が最も下となって落下し、これに引っ張られてパラシュート４が落下する。複数の吊り索４２の先端（集合点Ｐ）が第２ライン６を介してラジオゾンデ３に取り付けられているため、気象観測装置１の落下時（図３）において、ラジオゾンデ３に取り付けられたパラシュート４の傘体４１の内面が下方からの空気抵抗を受けて開き、ラジオゾンデ３を緩やかに落下させることができる。

（変形例３）
上述の実施形態において、リング７は、図４に示すように円筒形状を有している。しかしながら、これに限られず、リングの形状は、例えば、図５に示すように、上方（ラジオゾンデ３）に向かうにしたがって内径が大きくなる、いわゆる円錐台形状であってもよい。図５は、本実施形態に係る気象観測装置１が備えるリングの変形例である。リング８の内壁面８１は、上方（ラジオゾンデ３）に向かうにしたがって内径が大きくなるテーパー形状を有する。

リング８をパラシュート４に取り付ける際には、リング７と同様に、リング８の内壁面８１の下縁８１ａを吊り索４２に接触させ、下縁８１ａによって吊り索４２をリング８の径方向内側に絞る。

また、リングの形状は、図６に示すように、下方（傘体４１）に向かうにしたがって内径が大きくなる、いわゆる円錐台形状であってもよい。図６は、本実施形態に係る気象観測装置１が備えるリングの別の変形例である。リング９の内壁面９１は、下方（傘体４１）に向かうにしたがって内径が大きくなるテーパー形状を有する。

ここで、リング９の内壁面９１の傾斜は、リング９を取り付けていない状態における吊り索４２の傾斜より大きくなるように形成されることが好ましい。この構成によれば、リング９をパラシュート４に取り付ける際に、リング９の内壁面９１の下縁９１ａを吊り索４２に接触させることができるため、下縁９１ａによって吊り索４２をリング９の径方向内側に絞ることができる。

なお、リング７（８，９）の外壁面の形状は特に限定されない。本変形例では、リング７（８，９）の外壁面がリング７（８，９）の内壁面７１（８１，９１）に沿った形状に形成されているが、例えば、リング７（８，９）の外壁面は、直方体等であってよい。

（変形例４）
上述の実施形態において、第１ライン５は１本のみであるが、これに限られず、第１ライン５を複数本備えた構成であってよい。この場合には、各第１ライン５にゴム気球２を取り付けることができる。また、例えば、各第１ライン５をラジオゾンデ３に取り付けてもよいし、任意の本数（複数）の第１ライン５を１本にまとめてラジオゾンデ３に取り付けてもよい。また、第２ライン６は１本のみであるが、これに限られず、第２ライン６を複数本備えた構成であってよい。この場合には、各第２ライン６にパラシュート４を取り付けることができる。また、例えば、各第２ライン６をラジオゾンデ３に取り付けてもよいし、任意の本数（複数）の第２ライン６を１本にまとめてラジオゾンデ３に取り付けてもよい。

（変形例５）
上述の実施形態において、パラシュート４は、第２ライン６を介して１つだけ、ラジオゾンデ３の下面３２に取り付けられている。しかしながら、これに限られず、気象観測装置１は、パラシュート４を複数備えた構成であってもよい。例えば、複数のパラシュート４は、複数の第２ライン６を介してラジオゾンデ３に取り付けられる構成であってよい。また、複数のパラシュート４は、図７に示すように、第２ライン６から分岐する分岐ライン６１を介して、ラジオゾンデ３に取り付けられる構成であってよい。図７は、本実施形態に係る気象観測装置１が備えるラジオゾンデ３及びパラシュート４の拡大図であって、パラシュート４の変形例である。これらの構成によれば、仮に１つのパラシュート４が気象観測装置１から離脱しても、残存したパラシュート４によって、ラジオゾンデ３の落下を緩やかにすることができる。

なお、図７において、複数のパラシュート４のそれぞれにリング７が取り付けられた構成を示しているが、これに限られず、任意（一部）のパラシュート４にのみリング７を取り付けた構成であってよく、また、複数（全部又は一部）のパラシュート４の吊り索４２をまとめるようにリング７を取り付けた構成であってよい。

（変形例６）
上述の実施形態において、複数の吊り索４２は、傘体４１の縁から延びて一点（集合点Ｐ）でまとめられている。しかしながら、これに限られず、複数の吊り索４２の先端がそれぞれラジオゾンデ３に取り付けられている構成であればよい。したがって、例えば、複数の吊り索４２のうち任意の本数の吊り索４２が一点（集合点）でまとめられ、すべての吊り索４２の複数の集合点がラジオゾンデ３に取り付けられる構成としてもよい。この構成であっても、気象観測装置１の落下時において、ラジオゾンデ３に取り付けられたパラシュート４の傘体４１の内面が下方からの空気抵抗を受けて開き、ラジオゾンデ３を緩やかに落下させることができる。

（変形例７）
上述の実施形態において、吊り索４２の先端（集合点Ｐ）は第２ライン６を介してラジオゾンデ３に取り付けられている。しかしながら、これに限られず、図８に示すように、吊り索４２の先端（集合点Ｐ）を、第２ライン６を介さずに、直接ラジオゾンデ３の下面３２に取り付ける構成であってもよい。図８は、本実施形態に係る気象観測装置１が備えるラジオゾンデ３及びパラシュート４の拡大図であって、パラシュート４の別の変形例である。この構成によれば、第２ライン６が不要となるため、気象観測装置１をより小型化することができる。

１：気象観測装置
２：ゴム気球
３：ラジオゾンデ
３ａ：第１取り付け位置
３ｂ：第２取り付け位置
４：パラシュート
４１：傘体
４２：吊り索
５：第１ライン
６：第２ライン
７、８、９：リング
７１、８１、９１：内壁面
４１０：排水孔

Claims

ラジオゾンデと、
傘体と、集合点から前記傘体の縁に延びる複数の吊り索と、を備えるパラシュートと、
第１ラインを介して前記ラジオゾンデに取り付けられ、前記ラジオゾンデ及び前記パラシュートのそれぞれよりも重いゴム気球と、
前記複数の吊り索を包囲してまとめるように、前記パラシュートに取り付けられるリングと、を備え、
前記複数の吊り索の前記集合点は、直接または第２ラインを介して、前記ラジオゾンデに取り付けられ、
前記ゴム気球の上昇時に、前記パラシュートは、前記傘体の頂部が前記集合点よりも下方に位置した状態で上昇可能であり、
前記リングは、前記複数の吊り索に対して摺動可能であり、前記ゴム気球の上昇時に前記傘体を所定の開度に維持することを特徴とする気象観測装置。
前記ラジオゾンデには、前記ゴム気球を前記ラジオゾンデの上面に取り付ける第１取り付け位置と、前記複数の吊り索の前記集合点を前記ラジオゾンデの下面に取り付ける第２取り付け位置と、がそれぞれ１つずつ設けられ、
前記第１取り付け位置及び前記第２取り付け位置は、前記第１取り付け位置、前記第２取り付け位置及び前記ラジオゾンデの重心が重力方向において同一直線上に位置するように、配置されることを特徴とする請求項１に記載の気象観測装置。
前記傘体には、前記傘体を貫通する排水孔が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の気象観測装置。
前記リングは円筒形状を有することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の気象観測装置。