雨量計

雨量計（ウドメーター、プルビオメーター、 オンブロメーター、ハイエトメーターとも呼ばれる）は、気象学者や水文学者が、一定期間内に所定の領域に降った液体の降水量を収集して測定するために使用する機器です。 ^[1]単位面積あたりの降水深（通常はmm単位）を決定し、降雨量を測定するために使用されます。

インドに住む人々は、紀元前400年から降雨量を記録し始めた。^[2]記録は予想される成長と相関していた。マガダ国で使われたアルタシャーストラでは、穀物生産に関して正確な基準が定められた。各州の倉庫には、課税目的で土地を分類するための雨量計が備えられていた。^[3]降雨量の測定は、パレスチナのユダヤ教の文献にも記載されている。^[4] 1247年、宋代の中国の数学者で発明家の秦九紹は、雨量や降雪量、その他の気象データを参照するために、天池盆地の雨量計と雪量計を発明した。^{[5] [6]}

1441年、朝鮮王朝の世宗大王の治世中に、最初の標準化された雨量計としてチュグギが発明されました。 ^{[7] [8] [9]} 1662年、クリストファー・レンはロバート・フックと協力して、英国初の転倒枡式雨量計を作成しました。^[7]フックはまた、1695年を通じて測定を行う漏斗付きの手動式雨量計を設計しました。

リチャード・タウンリーは1677年から1694年までの15年間に渡って体系的な降雨量測定を行った最初の人物であり、その記録を王立協会の哲学論文集に発表した。タウンリーは国内の他の地域でも降雨量を比較するためにより多くの測定を行うよう呼びかけたが^[10] 、タウンリーの挑戦に応えたのはウィリアム・ダーハムだけだったようである。彼らは1697年から1704年までのエセックスのタウンリーパークとアップミンスターの降雨量測定を共同で発表した^[11]。

博物学者ギルバート・ホワイトは1779年から1786年までの平均降雨量を測定したが、59年間にわたり定期的かつ綿密に測定を行い、気温、風、気圧、降雨量、雲を記録したのは彼の義理の兄弟であるトーマス・バーカーであった。彼の気象記録は18世紀のイギリスの気候を知る上で貴重な資料である。彼は平均降雨量が年によって大きく変動し、目立ったパターンがほとんどないことを実証することができた。^[12]

気象学者ジョージ・ジェームズ・シモンズは、1860年に最初の年刊『British Rainfall』を出版した。この先駆的な著作には、イングランドとウェールズの168の陸上観測所の降雨量記録が含まれていた。彼は1863年に英国気象学会の評議員に選出され、イギリス諸島内の降雨量を調査することを生涯の仕事とした。彼は観測者のボランティアネットワークを設立し、彼らが収集したデータは分析のために彼に返却された。彼はこの取り組みで大成功を収め、1866年までには降雨量の分布を公平に表す結果を示すことができ、記録者の数は徐々に増加し、彼が存命中に編集した1899年の『British Rainfall』最終巻には、イングランドとウェールズの2,894 、スコットランドの446 、アイルランドの188の、合計3,528の観測所のデータが収録された。彼はまた、100年以上前の古い降雨記録も収集した。 1870年に彼は1725年から始まるイギリス諸島の降雨量の記録を作成した。

観測者の数がますます増えたため、ゲージの標準化が必要になった。シモンズは自分の庭で新しいゲージの実験を始めた。彼はサイズ、形、高さの異なるさまざまなモデルを試した。1863年、彼はウィルトシャー州カルンのマイケル・フォスター・ワード^[13]と共同研究を始め、彼はより広範な調査を行った。ワードとイギリス各地の他の人々を巻き込んで、調査は1890年まで続いた。実験は、その計画、実行、結論の導き方において注目に値するものだった。これらの実験の結果、今日でもイギリス気象庁で使用されている有名な標準ゲージが徐々に採用されるようになった。それは「銅で作られ、5インチの漏斗があり、真鍮の縁が地面から1フィートの高さにある」ものだった^[14]。

現代の雨量計のほとんどは、通常、一定期間に集められた降水量をミリメートルの高さで測定します。これは平方メートルあたりのリットル数に相当します。以前は、雨量はインチまたはポイントで記録され、1ポイントは0.254ミリメートルまたは0.01インチに相当しました。^[15]

雨量計の値は、手動で、または自動気象観測所(AWS)によって読み取られます。読み取り頻度は、収集機関の要件によって異なります。一部の国では、有給の気象観測員に加えて、ボランティアのネットワークを配置して、人口密度の低い地域の降水量データ (およびその他の種類の気象) を取得します。

ほとんどの場合、降水量は保持されませんが、一部の観測所では、汚染物質のレベルを取得するために、降雨量と降雪量を検査に提出しています。

雨量計には限界があります。熱帯低気圧のときに雨量データを収集しようとすると、風が極端に強いため、ほぼ不可能で信頼性も低くなります (機器が壊れなかったとしても)。また、雨量計は局所的なエリアの降雨量しか示しません。事実上どの雨量計でも、雨滴は収集装置の側面または漏斗に付着するため、雨量はわずかに過小評価され、0.01 インチまたは 0.25 mm の雨量は「痕跡」として記録されることがあります。

もう一つの問題は、気温が氷点下または氷点下に近い場合です。漏斗に雨が降り、ゲージ内に氷や雪が溜まり、その後の雨が妨げられる可能性があります。この問題を軽減するために、ゲージに自動電気ヒーターを装備して、水分収集面とセンサーの温度を氷点よりわずかに高い温度に保つことができます。

雨量計は、雨を遮る建物や木々などの障害物がない開けた場所に設置する必要があります。これは、雨が降った後に建物の屋根に溜まった水や木の葉が雨量計に滴り落ちて、不正確な測定値が出るのを防ぐためでもあります。

雨量計の種類には、メスシリンダー、重量計、転倒マス計、および単に埋められたピットコレクターなどがあります。雨量データを収集する際、各タイプにはそれぞれ利点と欠点があります。

20 世紀初頭に開発された米国国立気象局の標準雨量計は、直径 2.525 インチ (64.1 mm) のメスシリンダーに注ぐ 8 インチ (200 mm) の漏斗で構成されており、このメスシリンダーは、直径 8 インチ (200 mm)、高さ 20 インチ (510 mm) の大きな容器に収まります。雨水が内側のメスシリンダーからあふれた場合は、外側の大きな容器がそれを受けます。測定を行うときは、小さなメスシリンダーの水の高さを測り、大きな容器であふれた余分な水を別のメスシリンダーに注意深く注ぎ、総雨量を算出します。データの変更につながる漏れを防ぐために、コーンメーターが使用されることがあります。メートル法を使用する地域では、シリンダーには通常 mm でマークが付けられ、最大 250 mm (9.8 インチ) の降雨量を測定できます。シリンダーの各水平線は 0.5 mm (0.02 インチ) です。インペリアル単位を使用する地域では、各水平線は 0.01 インチ (0.25 mm) を表します。

降雨強度計（またはジャルディ降雨計）は、一定時間間隔における降雨量の平均強度を測定する機器です。当初はカタルーニャの降雨状況を記録するために設計されましたが、最終的には世界中に広まりました。^[16]

これはフィードバックの原理を採用しています ...流入する水がブイを押し上げ、下部の「調整円錐針」が容器に入るのと同じ量の水を通過させます。このようにして...針はドラムを通過する水の量を毎分、平方メートルあたりの降雨量 mm で記録します。

これは一定速度で回転するドラムで構成されており、このドラムは目盛り付きの厚紙を引きずります。厚紙の横軸には時間が、縦軸には降雨量の高さがmm 単位で示されています。この高さは、ブイによって垂直に動くペンで記録され、時間の経過に伴う降雨量が紙に記録されます。厚紙 1 枚は通常 1 日分使用されます。

雨が降ると、漏斗に集められた水が容器に落ちてブイが上がり、ペンのアームが垂直軸に沿って上昇し、それに応じてボール紙に印を付けます。雨量が変化しない場合は、容器内の水位は一定のままで、ドラムが回転している間、ペンの印は、降った水の量に比例して、ほぼ水平の線になります。ペンが記録紙の上端に達すると、ブイが「タンクの上部」にあり、円錐形の針の先端が調整穴を露出する状態、つまり、装置が記録できる最大流量になっていることを意味します。雨量が突然減少し、容器が空になるとブイが急速に下がり、その動きは、雨が止んだ場合に記録されたボール紙の底に達する可能性のある急勾配の線に対応します。

雨量計は、香港など世界中の多くの場所とは別に、特にバルセロナ（95年）で何年にもわたる降水量を記録することを可能にしました。^{[16] [17]}

重量式降水量計は、重量を量って質量を記録する貯蔵容器で構成されています。一部のモデルでは、回転ドラム上のペンを使用して質量を測定したり、データロガーに接続された振動ワイヤを使用して質量を測定します。^[8]このタイプの降水量計が転倒桝式降水量計よりも優れている点は、激しい雨を過小評価しないことと、雨、雹、雪など他の形態の降水量を測定できることです。ただし、これらの降水量計は転倒桝式降水量計よりも高価で、メンテナンスも必要です。

重量型記録計には、その場所の大気中に含まれる化学物質の数を測定する装置も組み込まれている場合があります。これは、大気中に放出された温室効果ガスの影響と酸性雨のレベルに対するその影響を研究している科学者にとって非常に役立ちます。一部の自動地表観測システム(ASOS) ユニットは、AWPAG (全天候型降水量計) と呼ばれる自動重量計を使用しています。

転倒マス式雨量計は、漏斗で構成されており、漏斗が雨水を集めて小さなシーソーのような容器に流します。あらかじめ設定された量の雨が降ると、レバーが傾き、集められた水を排出し、電気信号を送ります。旧式の記録装置は、ギア付きのホイールに取り付けられたアームに取り付けられたペンで構成され、コレクターから送信される信号ごとに 1 回動きます。この設計では、ホイールが回転すると、ペンのアームが上下に動き、グラフに跡を残し、同時に大きな「カチッ」という音がします。

転倒桝式雨量計は、レバーが倒れる前に降雨が止むことがあるため、標準の雨量計ほど正確ではありません。次の降雨が始まったとき、レバーが倒れるのに1、2滴しかかからない場合があります。そうなると、実際に降ったのはほんの一部なのに、事前に設定した雨量が降ったと表示されます。転倒桝式雨量計は、特に降雪や大雨の場合、降雨量を過小評価する傾向があります。^{[18] [19]}転倒桝式雨量計の利点は、雨の性質（小雨、中雨、大雨）を簡単に知ることができることです。降雨の性質は、一定期間（通常1時間）に降った雨の総量によって、その期間中の脈動数を数えることで判断されます。高強度の降雨のデータを修正する方法として、データにアルゴリズムを適用することができます。

現代の傾斜式雨量計は、軸の上でバランスをとったプラスチックの収集器で構成されています。収集器が傾くと、スイッチ (リード スイッチなど) が作動し、その情報が電子的に記録されるか、遠隔収集ステーションに送信されます。

傾斜計には、ひずみゲージを収集バケツに固定して、いつでも正確な降雨量を読み取ることができるように、重量計の要素も組み込むことができます。収集バケツが傾くたびに、ひずみゲージ (重量センサー) がゼロに再設定され、ドリフトがゼロになります。

凍結した降水量の水当量を測定するために、転倒マスを加熱して漏斗に溜まった氷や雪を溶かすことがあります。加熱機構がないと、凍結した降水が発生すると漏斗が詰まることが多く、降水量を測定できません。多くの自動地表観測システム（ASOS）ユニットは、降水量を測定するために加熱された転倒マスを使用しています。^[20]

このタイプのゲージには、収集漏斗が一列に並んでいます。それぞれの下の密閉された空間には、レーザー ダイオードとフォト トランジスタ検出器があります。一滴の水が集まると、その水は底から落ち、レーザー ビームの経路に入ります。センサーはレーザーに対して直角に設置されており、十分な光が散乱して突然の閃光として検出されます。これらの光検出器からの閃光は、読み取られ、送信または記録されます。数十年にわたって、さまざまな種類の光学式距離計が使用されてきました。技術も向上しています。

音響ディスドロメーターはハイドロフォンとも呼ばれ、雨がゲージ内の水面に当たると、各滴サイズの音響特性を感知することができます。各音響特性はそれぞれ異なるため、水中の音場を反転させて雨の中の滴サイズ分布を推定することができます。選択された滴サイズ分布のモーメントから、降雨量、降雨量蓄積、およびその他の降雨特性が得られます。^[21]

• 堆積ゲージ

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