メソネット

気象学と気候学において、メソネット（ mesoscale networkの略語）は、自動化された気象ネットワークであり、多くの場合、環境監視ステーションも含まれ、メソ規模の気象現象や微気候を観測するために設計されています。^[3]^[4]

ドライライン、スコールライン、海風は、メソネットで観測される現象の例です。メソスケールの現象と微気候に関連する空間的および時間的スケールのため、メソネットを構成する気象観測所は、 WMO全球観測システム（GOS）や米国のASOSなどの総観スケールの観測ネットワークよりも間隔が狭く、より頻繁に報告します。「メソネット」という用語は、通常、共通の組織によって所有および運営されているこれらの気象観測所の集合的なグループを指します。メソネットは通常、その場での地表気象観測を記録しますが、一部のメソネットでは、特に惑星境界層（PBL）の垂直プロファイルなど、他の観測プラットフォームが関与しています。 ^{[5]他の環境パラメータには、日射量や、土壌温度や道路状況（}道路気象情報システム（RWIS）ネットワークで顕著）など、特定のユーザーにとって関心のあるさまざまな変数が含まれます。

気象観測所のネットワークをメソネットとして分類する際立った特徴は、観測所の密度と、十分に堅牢な観測所品質を備えた時間分解能である。観測対象となる現象に応じて、メソネット観測所は 1 ～ 40 キロメートル (0.6 ～ 20 マイル) ^[6]の空間間隔を使用し、1 ～ 15 分ごとに気象状況を報告している。オクラホマシティ^[7]、セントルイス、英国バーミンガムなどの大都市圏にあるマイクロネット (マイクロスケールとストームスケールを参照) は、空間分解能と場合によっては時間分解能がさらに高密度である。^[8]

目的

雷雨やその他の大気の対流、スコールライン、ドライライン、^[9]海風と陸風、山風と谷風、山岳波、中低気圧と中高気圧、ウェイク低気圧、中規模対流渦（MCV）、熱帯低気圧と温帯低気圧の降水帯、マクロバースト、ガストフロントとアウトフロー境界、ヒートバースト、都市ヒートアイランド（UHI）、その他の中規模現象、および地形的特徴により、局所的な地域の気象や気候条件が、周囲の大規模な条件によって決まるものとは大幅に異なる可能性があります。^[10]^[11]そのため、気象学者は予報スキルを向上させるためにこれらの現象を理解しなければなりません。観測は、これらの現象が形成、発展、消散するプロセスを理解するために非常に重要です。

しかし、長期観測ネットワーク (ASOS、AWOS、COOP) は、メソスケールの研究と予報にはあまりにもまばらで、報告頻度も低すぎます。ASOS と AWOS の観測所は、通常 50 ～ 100 キロメートル (30 ～ 60 マイル) の間隔で設置されており、多くのサイトで 1 時間ごとにしか報告しません (ただし、時間の経過とともに報告頻度は増加し、ここ数年で主要なサイトで 5 ～ 15 分間隔になっています)。Cooperative Observer Program (COOP) データベースは、手動で記録された毎日の報告のみで構成されています。このネットワークは、最近のCoCoRaHSと同様に大規模ですが、報告頻度と機器の堅牢性に限界があります。「メソスケール」気象現象は、数キロメートルから数百キロメートルの空間スケールと数分から数時間の時間スケールで発生します。したがって、メソスケールの研究には、より細かい時間的および空間的なスケールを持つ観測ネットワークが必要です。この必要性から、メソネットが開発されました。

メソネットのデータは、人間の意思決定に直接使用されるだけでなく、数値天気予報(NWP) のスキルも向上させ、特に短距離のメソスケールモデルに有益です。メソネットは、リモートセンシングソリューション (気象レーダー、気象衛星、風プロファイラーのデータ同化) とともに、予報モデルの時間的および空間的な解像度を大幅に向上させます。大気はカオス的な非線形動的システム (つまり、バタフライ効果の影響を受ける)であるため、このデータの増加により初期条件の理解が深まり、モデルのパフォーマンスが向上します。気象学や気候学のユーザーに加えて、水文学者、森林管理者、山火事の消防士、運輸局、エネルギー生産者と販売者、その他の公共事業体、農業団体も、細かい規模の気象情報の必要性が顕著です。これらの組織は、米国内および世界中で数十のメソネットを運用しています。環境、アウトドアレクリエーション、緊急管理と公共の安全、軍事、保険の関係者も、メソネット情報を頻繁に使用しています。

多くの場合、メソネットステーションは、必要に迫られて、または時には認識不足により、正確な測定が損なわれる可能性のある位置に設置されることがあります。たとえば、これは特に、WeatherBugのネットワーク用に構築されたステーションなど、市民科学やクラウドソーシングデータシステムに当てはまります。これらのステーションの多くは、学校の建物に設置されています。米国国立気象局(NWS) が推進する Citizen Weather Observer Program (CWOP) や、 Weather Undergroundが収集するネットワークなどの他のネットワークは、メソネットと同等またはそれ以上の解像度でギャップを埋めるのに役立ちますが、多くのステーションは、不適切な設置、較正、およびメンテナンスによるバイアスも示しています。これらの消費者向けグレードの「個人用気象ステーション」(PWS) も、科学グレードのステーションほど感度や厳密性がありません。これらのステーションが引き起こす可能性のあるバイアスは、データをモデルに取り込むときに考慮する必要があります。そうしないと、「ゴミを入れればゴミが出る」という現象が発生します。

オペレーション

メソネットは、メソスケールの研究を行う必要性から生まれました。この研究の性質上、メソネットは、観察することを意図した現象と同様に、短命であり（そして時には今でもそうです）、急速に変化する可能性があります。ただし、長期研究プロジェクトや非研究グループは、メソネットを長年にわたって維持することができました。たとえば、ユタ州にある米国陸軍ダグウェイ性能試験場では、何十年にもわたってメソネットを維持してきました。メソネットは研究に基づいて生まれたため、メソネットステーションはモジュール式で持ち運び可能であり、あるフィールドプログラムから別のフィールドプログラムに移動できるという特徴があります。とはいえ、現代の大規模なメソネットまたはその中のノードのほとんどは、固定ネットワークで構成される恒久的なステーションで構成されています。ただし、一部の研究プロジェクトでは、モバイルメソネットを使用しています。著名な例としては、VORTEXプロジェクトがあります。^[12]^[13]堅牢な固定局の設置と維持の問題は、軽量でコンパクトな移動局によってさらに悪化し、車両のスリップストリーム効果など移動時に関連するさまざまな問題や、特に悪天候を横断することに伴う周囲環境の急激な変化によってさらに悪化します。^[14]

メソネットが一時的か半永久的かにかかわらず、各気象観測所は通常独立しており、バッテリーとソーラーパネルから電力を供給されます。搭載されたコンピュータは、温度、湿度、風速と風向、気圧、土壌温度と水分、およびメソネットのミッションにとって重要と見なされるその他の環境変数を測定するいくつかの機器からの読み取り値を記録します。太陽放射は一般的な非気象パラメータです。コンピュータは、通常データロガーを使用してこれらのデータを定期的にメモリに保存し、無線、電話（携帯電話や固定電話などの無線）、または衛星伝送を介して観測値を基地局に送信します。ここ数十年のコンピュータ技術と無線通信の進歩により、メソネットデータをリアルタイムで収集できるようになりました。一部のステーションまたはネットワークは、冗長性のためにバックアップを備えたWi-Fiとグリッド電源を使用してレポートします。

メソネットデータをリアルタイムで利用できることは、気象予報士、特に現在予報を行う人にとって非常に有益です。^{[15]予報エリア内の多くの地点から気象状況を監視できるためです。メソネットとマイクロネットのデータは、運用作業や気象、気候、環境研究に加えて、}法医学気象学でも重要な役割を果たすことがよくあります。^[16]

歴史

初期のメソネットは、現代のメソネットとは動作が異なっていました。気象観測所を構成する各機器は完全に機械式で、他のセンサーからかなり独立していました。データは、従来の地震計ステーションのように、トレースチャートと呼ばれるグラフ用紙の鞘で覆われた回転ドラム上の一点を中心に回転するインク付きスタイラスによって継続的に記録されました。データ分析は、さまざまな機器からトレースチャートが収集された後でのみ実行できました。

最も初期のメソネットの1つは、1946年と1947年の夏に運用され、サンダーストームプロジェクトと呼ばれるフィールドキャンペーンの一部でした。^[17]名前が示すように、このプログラムの目的は、雷雨の対流をよりよく理解することでした。最も初期のメソネットは通常、特定のキャンペーンのために政府機関によって資金提供され、運用されていました。やがて、大学やその他の準公的機関が、農業や海洋などのさまざまな用途のために常設のメソネットを実装し始めました。1990年代までには、プロ仕様の総観ネットワークとメソスケールネットワークに消費者向けグレードのステーションが追加され、2010年代までには民間企業や官民コンソーシアムによって運用されるプロ仕様のステーションネットワークが目立つようになりました。これらの民間で実装されたシステムの一部は常設で固定された場所にありますが、多くは特定のユーザーやキャンペーン/イベントにもサービスを提供するため、期間限定で設置される場合があり、移動可能な場合もあります。

最初のメソネットは、1939年から1941年にかけてドイツで運用された。プロジェクトベースの目的を持つ初期のメソネットは、季節から数年までの限られた期間のみ運用された。最初の恒久的な運用メソネットは1970年代に米国で始まり、1980年代から1990年代にかけてより多くのメソネットが運用され、その数は徐々に増加し、2000年代までに急激に拡大した。2010年代までには、他の大陸でもメソネットが増加した。裕福で人口密度の高い一部の国も、日本のアメダスのようにメソネットの密度で観測ネットワークを展開している。米国はメソネットを早期に採用したが、資金は長い間分散的で乏しいものであった。2020年代までには、以前の資金不足と不確実性に加えて資金が減少し、人員不足とステーションの維持の問題、いくつかのステーションの閉鎖、ネットワーク全体の存続の危機につながった。^[18]

1970年代までに米国では固定局への設置のために移動可能なメソネットが使用されるようになり^[19]、1994年と1995年に行われたVORTEXプロジェクトのフィールドキャンペーンでは、大規模な移動式メソネットが配備され、その後、完全に移動可能な車載型メソネットが大規模なフィールド研究プロジェクトの定番となった。

重要なメソネット

次の表は、過去および現在に運用されているメソネットの不完全なリストです。

*すべてのステーションがネットワークによって所有または運営されているわけではありません。
**これらはプライベートステーションであるため、QA / QC対策が講じられている場合でも、科学的なレベルではない可能性があり、適切な設置、較正、感度、耐久性、メンテナンスが不足している可能性があります。

メソネットとは呼ばれていないが、気象庁もメソネットの密度を持つ全国的な地表観測網を維持している。気象庁はアメダスを運営しており、17キロメートル間隔で約1,300の観測所が設置されている。このネットワークは1974年に運用が開始された。^[85]

参照

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