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空港気象観測所は、航空および気象業務、天気予報、気候学に役立つように設計された自動化されたセンサースイートです。自動化された空港気象観測所は、米国とカナダの気象観測のバックボーンの一部となっており、その効率性とコスト削減により世界中でますます普及しつつあります。
米国内のシステムタイプ
米国には、多少微妙ではあるが重要な違いを持つ、いくつかの種類の自動気象観測所があります。これには、自動気象観測システム( AWOS ) と自動地表観測システム( ASOS ) が含まれます。
自動気象観測システム（AWOS）
自動気象観測システム（AWOS）ユニットは、主に州政府や地方自治体、その他の非連邦機関によって運用、保守、管理されており、FAAの非連邦AWOSプログラムの下で認定されています。[2] FAAは、2017年にFAA所有の230のAWOSと以前の自動気象センサーシステム（AWSS）システムをAWOS-C構成にアップグレードしました。[3] AWOS-Cは最新のFAA所有のAWOS施設であり、METAR / SPECI形式の航空気象レポートを生成できます。AWOS-Cは機能的にASOSと同等です。[4]アラスカのFAA所有のAWOS-Cユニットは通常AWOS-C IIIPユニットに分類され、他のすべてのAWOS-Cユニットは通常AWOS III P/Tユニットに分類されます。[5]
AWOS システムは、さまざまな方法で気象データを配信します。
- 空港付近のパイロットに無線周波数で放送される、コンピューターで生成された音声メッセージ。メッセージは少なくとも 1 分に 1 回更新され、AWOS の気象報告の唯一の必須形式です。
- オプションとして、電話ダイヤルアップモデムサービス経由で利用できる、コンピューターで生成された音声メッセージ。メッセージは少なくとも 1 分に 1 回更新されます。
- オプションとして (ただし頻繁に行われます)、AWOS メッセージはコンピューター経由でFAA に送信され、全国に配信されます。これらのメッセージは現在METAR形式で、通常の報告頻度は 20 分に 1 回です。このオプションは AWOS III または IV システムでのみ使用できます (以下を参照)。
以下のAWOS構成は、測定するパラメータに基づいて以下のように定義されます。 [6]
- AWOS A:気圧と高度計の設定（水銀インチ単位）。
- AWOS I:風速 と突風（ノット）、風向（風が吹いている方向）と風向の変化（コンパスの度数）、気温と露点（摂氏度数）、高度計の設定と密度高度。
- AWOS II: AWOS I のすべてのパラメータに加え、視程と可変視程（マイル単位）。
- AWOS III: AWOS II のすべてのパラメータに加え、空の状態(オクタ単位)、雲の天井の高さ (フィート単位)、および液体の降水量の蓄積 (インチ単位)。
- AWOS III P: すべての AWOS III パラメータに加え、降水タイプ (雨、雪、場合によっては霧雨) の識別。
- AWOS III T: AWOS III のすべてのパラメータに加え、雷雨検出 (雲対地雷検出器経由)。
- AWOS III P/T: すべての AWOS III パラメータに加え、降水タイプの識別と雷雨の検出。
- AWOS IV Z: すべての AWOS III P/T パラメータに加え、凍結雨センサーによる凍結雨の検出 (注: この構成は以前は AWOS III PTZ と呼ばれていました)。
- AWOS IV R: すべての AWOS III P/T パラメータと滑走路表面の状態。
- AWOS IV Z/R: AWOS III P/T のすべてのパラメータに加え、凍結雨の検出と滑走路表面の状態。
また、AWOS AV (AWOS A パラメータと視程) などのカスタム構成も可能です。認定されていないセンサーを AWOS システムに接続することはできますが、それらのセンサーから得られる気象データは、音声メッセージで「勧告」として明確に識別する必要があり、METAR 観測に含めることはできません。
2022年5月22日現在、以下のメーカーがFAA認定の非連邦AWOSシステムを提供しています。[7]
- オールウェザー株式会社（ADB SAFEGATE企業）[8]
- DBT 交通サービス LLC (ADB SAFEGATE 企業)
- メソテックインターナショナル株式会社[9]
- オプティカルサイエンティフィック株式会社
自動表面観測システム（ASOS）
自動表面観測システム( ASOS ) ユニットは、米国では NWS、FAA、DOD によって共同で運用および制御されています。長年にわたる研究開発を経て、ASOS ユニットの配備は 1991 年に開始され、2004 年に完了しました。
これらのシステムは通常、1 時間間隔で報告しますが、気象条件が急激に変化し、航空運航の限界を超えた場合は、特別な観測結果も報告します。通常、AWOS-III のすべてのパラメータを報告しますが、華氏温度と露点、現在の天気、着氷、雷、海面気圧、降水量を報告する追加機能も備えています。
航空のニーズに応えるほかに、ASOS は米国の主要な気候観測ネットワークとして機能し、気象観測所の一次ネットワークを構成しています。このため、すべての ASOS が空港にあるわけではありません。たとえば、これらのユニットの 1 つはニューヨーク市セントラル パークのベルヴェデーレ城にあり、もう 1 つはマサチューセッツ州ボストン近郊のブルー ヒル天文台にあります。
自動気象センサーシステム（AWSS）
FAAはすべての自動気象センサーシステム（AWSS ）ユニットをAWOS III P/Tユニットに転換した。米国国家航空システム（NAS）にはAWSSシステムは残っていない。 [3]
観測機器
自動化された空港気象観測所では、さまざまな高度な機器を使用して気象を観測します。
風速と風向
旧式の自動化された空港気象観測所の大半には、風速と風向を測定するための機械式風向計とカップ システムが備わっています。このシステムの設計は単純です。風が風向計の基部の周囲で水平に回転する 3 つのカップを回転させ、風速を推定します。一方、上部の風向計は、風向計の面が風に対して最も抵抗が少なくなるように回転し、風が吹いてくる方向を向くようにして風向を推定します。
新世代のセンサーは、音波を使用して風速と風向を測定します。測定は、超音波パルスが 1 つのトランスデューサーから別のトランスデューサーに移動する時間に基づいて行われますが、これは、他の要因の中でも特に風速によって異なります。トランスデューサー ヘッドのペア (通常は 2 組または 3 組) について、両方向の移動時間が測定されます。その結果に基づいて、センサーは風速と風向を計算します。機械式センサーと比較すると、超音波センサーには、可動部品がないこと、高度な自己診断機能があること、メンテナンス要件が軽減されることなど、いくつかの利点があります。
NWS および FAA ASOS ステーション、およびほとんどの新しい AWOS 設備には現在、超音波風速センサーが装備されています。
他のすべての測定は地上 3 ～ 9 フィート (0.91 ～ 2.74 メートル) の高さで行われますが、風速と風向は地上 30 フィート (9.1 メートル) の高さで測定されます。
可視性
視程を判断するために、自動化された空港気象観測所では、次の 2 種類のセンサーのいずれかを使用します。
- 前方散乱センサー
- 透過率計
前方散乱センサーは、センサーの一端から受信機に向かって送信される赤外線ビームを使用しますが、受信機への直線から特定の角度だけオフセットされます。空気中の粒子によって散乱され、受信機によって受信される光の量によって、消光係数が決まります。これは、アラードの法則またはコシュミーダーの法則のいずれかを使用して可視性に変換されます。
透過率計では、可視光線が送信機から受信機ヘッドに送信されます。消衰係数は、空気中で失われる光の量から算出されます。
透過率計と前方散乱センサーをある程度組み合わせたセンサーもあります。
前方散乱センサーは、価格が安く、サイズが小さく、メンテナンスの必要性が低いため、より人気があります。ただし、透過率計は、低視程でより正確であり、故障した場合には実際よりも低い視程を報告するフェイルセーフであるため、一部の空港ではまだ使用されています。
現在のセンサーは、広範囲の視程を報告することができます。航空目的のため、報告された値は、次のいずれかのスケールで最も近いステップに切り捨てられます。
- M1/4 (1/4 マイル未満)、1/4、1/2、3/4、1、1-1/4、1-1/2、2、2-1/2、3、4、5、7、10、10+ (10 マイル以上)
- 視程が800m未満の場合は50m単位、視程が800m以上5km未満の場合は100m単位、視程が5km以上10km未満の場合は1km単位、視程が10km以上の場合は10km単位となります。
現在の天気（降水量）
自動化された空港気象観測所は、発光ダイオード気象識別装置（LEDWI）を使用して、降水の有無と降水の種類を判断します。LEDWIセンサーは、センサーの赤外線ビーム（直径約50ミリメートル）を通過して落下する降水のシンチレーションパターンを測定し、粒子サイズと落下速度のパターン分析から降水が雨か雪かを判断します。[10] 降水が降っていると判断されても、パターンが雨か雪かを明確に識別できない場合は、不明の降水が報告されます。自動化された空港気象観測所は、まだ雹、氷の粒、およびその他のさまざまな中間的な降水を報告することはできません。
視界の障害
自動化された空港気象観測所には、特定の視界障害を検出するための別のセンサーはありません。代わりに、視程が 7マイル未満に低下すると、システムは報告された気温と露点を使用して視界障害を判断します。相対湿度が低い場合 (つまり、気温と露点の差が大きい場合)、ヘイズが報告されます。相対湿度が高い場合 (つまり、気温と露点の差が小さい場合)、正確な視程に応じて、霧または靄が報告されます。霧は視程が 1/2 マイル以下の場合に報告され、霧は視程が 0.5 マイル (0.80 km) 以上 7 マイル (11 km) 未満の場合に報告されます。気温が氷点下の場合[ 11 ] [12]、湿度が高く、視程が 1/2 マイル以下である場合は、凍結霧が報告されます。[13]
雲量と雲頂
自動化された空港気象観測所は、上向きのレーザー光線雲高計を使用して雲の量と高さを検出します。レーザーは上向きに向けられ、反射光が観測所に戻ってくるのにかかる時間から雲底の高さを計算できます。カバー範囲が限られているため (レーザーは真上にある雲しか検出できません)、システム コンピューターは時間平均の雲量と雲高を計算し、外部のユーザーに報告します。急速に変化する空の覆いによる危険を補うために、平均化は 30 分間の平均期間の最初の 10 分間に重点が置かれます。雲高計の範囲は、モデルによって異なりますが、最大 25,000 フィート (7,600 m) です。[14]その高さを超える雲は、現在のところ自動化された観測所では検出できません。
温度と露点
自動化された空港気象観測所では、メンテナンス時を除いて常にオンになっている、連続動作用に設計された温度/露点センサー (湿度計) が使用されています。
温度の測定は露点に比べると簡単です。電気抵抗が温度によって変化するという原理に基づいて、白金線抵抗温度計が周囲の空気の温度を測定します。現在の ASOS 温度計は HO-1088 と呼ばれていますが、古いシステムの中には HO-83 を使用しているものもあります。
対照的に、露点測定ははるかに複雑です。ASOS システムに導入されたオリジナルの露点センサーは、冷却されたミラーを使用していました。冷却されたミラーは、ミラーの表面に微細な結露膜が形成されるまで冷却されます。この状態でのミラーの温度は、露点温度に等しくなります。湿度計は、小さな赤外線ダイオードからの光線を 45 度の角度でミラーの表面に向けることで露点を測定します。2 つのフォト トランジスタが取り付けられており、ミラーが透明な場合は反射光の量が多くなり (直接)、目に見える結露でミラーが曇っている場合は散乱光が多くなります (間接)。ミラーに結露が形成されると、直接トランジスタが受ける光が少なくなり、間接トランジスタが受ける光が多くなるため、ミラー表面の曇りの度合いが増します。これらのフォト トランジスタからの出力は、電子ヒート ポンプであるミラー冷却モジュールを制御します。このヒート ポンプは、熱電対の逆のように動作し、加熱または冷却効果を生み出します。センサーが最初にアクティブになると、ミラーは透明になります。ミラー表面温度が露点温度まで下がると、ミラーに結露が発生します。電子機器は、ミラー温度を露点に維持するために、パワーアンプへの信号レベルを継続的に安定させようとします。空気の露点が変化したり、回路がノイズによって乱れたりした場合、ループは必要な修正を行って露点に再び安定させ、連続動作を維持します。
冷却ミラーセンサーの問題により、NWS ASOSサイトでは現在、静電容量のみで湿度を測定するヴァイサラ社のDTS1センサーを使用しています。このセンサーは、小さなヒーターを組み込んだ固体静電容量式相対湿度素子に基づいており、感知素子が常に周囲温度よりも高いため、露や霜の形成が排除されます。センサーは、測定された相対湿度と加熱された静電容量素子の測定温度に基づく計算を通じて、露点を直接報告します。[15]
以前のAWOSシステムでは塩化リチウム露点センサーが使用されていました。現在のAWOSシステムでは静電容量式相対湿度センサーが使用され、そこから露点が計算されます。[16]
気圧と高度計の設定
気圧センサーのデータは、QNH 高度計設定を計算するために使用されます。パイロットはこの値に基づいて高度を決定します。地形やその他の障害物から安全に離れるために、圧力センサーには高い精度と信頼性が求められます。
ほとんどの航空気象観測所では、2 台 (AWOS に必要) または 3 台の独立した圧力トランスデューサーを使用しています。トランスデューサーは、関連するチューブや外部ポートを共有する場合としない場合があります (風/突風の影響を最小限に抑えるように設計されています)。報告された圧力が事前に設定された最大値を超えて異なる場合、圧力値は破棄され、高度計の設定は報告されないか、「欠落」として報告されます。
高度計の設定は、気圧、サイトの標高、センサーの標高、およびオプションで気温に基づいて計算されます。
高度計の設定は、水銀インチ（0.01 inHg 単位）または切り捨てられたヘクトパスカル単位 で報告されます。
降水量蓄積
自動化された空港気象観測所で使用されていた最初の降水量測定装置は、加熱式転倒桝式雨量計でした。この装置の上部は、上部が開いた直径 1 フィート (0.30 m) のコレクターで構成されています。コレクターは、雪や雹などの凍結した降水を溶かすために加熱され、水を2 つのチャンバーからなる回転式容器であるバケツに注ぎます。降水は漏斗を通ってバケツの 1 つの区画に流れ込み、0.01 インチ (0.25 mm) の水 (18.5 グラム) が蓄積されるまで続きます。その重さでバケツが軸を中心に傾き、集められた水が放出され、もう一方のチャンバーが漏斗の下に移動します。この傾きによってスイッチ(リードスイッチまたは水銀スイッチ) が作動し、収集された降水量 0.01 インチ (0.25 mm) ごとに 1 つの電気パルスが送信されます。
加熱転倒マスでは凍結した降水量（特に雪）を適切に測定できないため、全天候型降水量蓄積計（AWPAG）が開発された。このセンサーは本質的には重量計であり、降水量は集水器内で継続的に蓄積され、重量が増加すると降水量が記録される。NWS ASOSの選ばれたユニットにのみAWPAGが装備されている。[17]
氷結（凍結雨）
空港の自動気象観測所は、振動棒の共振周波数によって凍結雨を報告します。共振周波数は、氷、霜、凍結霧、凍結霧雨、霧氷、または湿った雪の付着量（追加質量）が増加するにつれて低下します。
凍結雨を報告するために、システムは凍結雨センサーからのセンサー出力と LEDWI のデータとを組み合わせます。システムが凍結雨の報告を送信するには、LEDWI が未知の降水量または雨の肯定的な兆候を示す必要があります。LEDWI が降水量または降雪を報告しない場合、システムは凍結雨センサーからの入力を無視します。センサーは、あらゆる気象条件での着氷を検出して報告するように設計されています。
雷（雷雨）
米国内の多くの自動空港気象観測所は、自動雷検知・報告システム( ALDARS )を介して雷を検知するために、全米雷検知ネットワーク( NLDN ) を使用している。NLDN は、全国で106 個のセンサーを使用して落雷を三角測量する。検知グリッドからのデータは ALDARS に送られ、次に ALDARS は各自動空港観測所に落雷の接近を知らせるメッセージを送信する。観測所から 5 マイル (8.0 km) 以内で落雷した場合は、観測所で雷雨が発生したと報告される(TS)。観測所から 5 マイル (8.0 km) 以上 10 マイル (16 km) 未満で落雷した場合は、観測所付近で雷雨が発生したと報告される (VCTS)。観測所から 10 マイル (16 km) 以上 30 マイル (48 km) 未満で落雷した場合は、遠距離雷の報告のみとなる(LTG DSNT)。[18]
しかし、現在では外部サービスに頼らずに、実際に現場で落雷を計測する独自の雷センサーを備えた観測所もある。この雷雨センサーは、雷によって生じる光の閃光と電界の瞬間的な変化の両方を検出することで機能する。これら両方が数ミリ秒以内に検出された場合、観測所は落雷の可能性を記録する。最初の落雷から15分以内に2回目の落雷の可能性が検出された場合、観測所は雷雨を記録する。[19]
データの配信
データの配信は通常、各空港の自動 VHF エアバンド 無線周波数(108 ～ 137 MHz)を介して行われ、自動気象観測が放送されます。これは多くの場合、自動ターミナル情報サービス(ATIS) を介して行われます。ほとんどの自動気象ステーションには、電話またはモデムを介してリアルタイムの観測を取得するための個別の電話番号もあります。
米国では、FAA が運営するコンピュータ システムである AWOS/ASOS データ収集システム (ADAS) がシステムをリモートでポーリングし、観測結果にアクセスしてMETAR形式で世界中に電子的に配信します。
人間の補助を必要とする限界
現在、自動化された空港気象観測所では、次のようなさまざまな気象状況を報告できません。
- 浅い霧または部分的な霧
- ほこりを吹き飛ばす
- 煙
- 降る灰
- 火山の噴火
- 竜巻
- 雹、氷粒、雪粒など、雨や雪の形ではない降水
- 複数の形態の降水が同時に降る
- 新雪の深さ
- 積雪深合計
- 雲内および雲間雷
- 駅の真上にない雲
- 地上12,000フィート以上の高さにある雲
- クラウドタイプ
これらの多くは航空機に危険をもたらす可能性があり、気象学界の関心事でもあるため、混雑する空港のほとんどには、自動化された空港気象観測所の観測を補強したり、追加情報を提供したりするために、パートタイムまたはフルタイムの観測員も配置されています。自動化された観測所がこれらの現象の多くを検出できるようにするための研究が進行中です。
自動ステーションも機械的な故障に見舞われ、修理や交換が必要になることがあります。これは、物理的な損傷 (自然または人為的)、機械の摩耗、または冬季の厳しい氷結が原因である可能性があります。システム停止中は、自動ステーションからの欠落または代表的でない観測を補うために、人間の観測者が必要になることがよくあります。自然損傷、機械の摩耗、氷結の影響を受けにくい、より堅牢なシステムを開発するための研究も進行中です。
参照
参考文献
- ^ 「第7章 飛行の安全 第1節 気象学」航空情報マニュアル連邦航空局p. 表7-1-5 。 2024年2月16日閲覧。
この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ 「AC 150/5220-16E - 非連邦アプリケーション向け自動気象観測システム（AWOS） - 変更点1 - 文書情報」Faa.gov 。 2019年5月23日閲覧。
- ^ ab 「地表気象観測ステーション – ASOS/AWOS」。Faa.gov 。 2019年5月23日閲覧。
- ^ 「件名：気象観測の受信と配布」（PDF）。Faa.gov 。 2019年5月23日閲覧。
- ^ 「地上気象観測ステーション – ASOS/AWOS」Faa.gov 2019年5月23日閲覧。
- ^ 「8260.19H - 飛行手順と空域 - 文書情報」Faa.gov 2019年5月23日閲覧。
- ^ 「AWOSの購入、運用、保守 - 空港」www.faa.gov 。 2019年11月9日閲覧。
- ^ 「All Weather」Allweatherinc.com . 2013年2月13日閲覧。
- ^ 「Mesotech」Mesotech.com . 2013年2月13日閲覧。
- ^ Wade, Charles G. (2003 年 6 月)。「ASOS での霧雨検出のためのマルチセンサーアプローチ」。大気海洋技術ジャーナル。20 (6)。アメリカ気象学会: 820。Bibcode : 2003JAtOT..20..820W。doi : 10.1175/1520-0426(2003) 020 <0820:AMATDD>2.0.CO;2。
- ^ 「凍結霧：定義、原因、危険性」Buzzle.com。2016年8月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年8月6日閲覧。
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- ^ "MMmetar". Meteocentre.com . 2016年8月6日閲覧。
- ^ 「ヴァイサラ CT25K レーザー シーロメーター」(PDF) . Esrl.com。ヴァイサラ。2015 年1 月 30 日に取得。
- ^ 「国立気象局（NWS）自動表面観測システム（ASOS）向けのメンテナンスの少ない新しい露点センサー」（PDF）。Confex.com 。 2017年6月15日閲覧。
- ^ 「Corel Office Document」（PDF）Noaa.gov。2017年6月15日閲覧。
- ^ 「AUTOMATED SURFACE OBSERVING SYSTEM (ASOS) リリースノート ソフトウェア バージョン 2.7B 全天候型降水量積算計 (AWPAG)」(PDF)。News.noaa.gov 。 2013 年 7 月 4 日閲覧。
- ^ 「アーカイブコピー」。2012年10月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年6月26日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ ASOS 雷評価 - 国立気象局、アーカイブ: 2008 年 7 月 6 日アーカイブ、Wayback Machineより
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、自動空港気象観測所に関連するメディアがあります。
- 自動表面観測システム - NWS
- カナダのAWOS周波数
- 「NOAA 社会経済学」ウェブサイト イニシアチブによる ASOS の社会的および経済的利益