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ラジオゾンデは、通常気象観測気球によって大気中に運ばれるバッテリー駆動のテレメトリー機器で、さまざまな大気パラメータを測定し、無線で地上受信機に送信します。現代のラジオゾンデは、高度、気圧、温度、相対湿度、風（風速と風向の両方）、高高度での宇宙線測定値、地理的位置（緯度/経度）などの変数を測定または計算します。オゾン濃度を測定するラジオゾンデは、オゾンゾンデとして知られています。[ 1 ]
ラジオゾンデは、403 MHzまたは 1680 MHz の無線周波数で動作する場合があります。上昇しながら位置を追跡して風速と風向の情報を得るラジオゾンデは、レーダー風ゾンデと呼ばれます。[ 2 ] [ 3 ]ほとんど のラジオゾンデにはレーダー反射板があり、技術的にはレーダー風ゾンデです。気球に乗せられるのではなく、飛行機から落として落下するラジオゾンデは、ドロップゾンデと呼ばれます。ラジオゾンデは気象データの重要な情報源であり、世界中で毎日何百ものラジオゾンデが打ち上げられています。
気象観測機器を用いた最初の飛行は19世紀後半に行われ、凧と気象計（実験後に回収される気圧と温度を測定する記録装置）が用いられた。しかし、凧は地上と繋がっており、突風の強い状況下では操縦が非常に困難であったため、この方法は難航した。さらに、地上との繋がりによって、観測高度は低高度に限られていた。
フランスのギュスターヴ・エルミットとジョルジュ・ブザンソンは、1892年に初めて気球を使って気象計を飛ばした。1898年、レオン・テイセレンク・ド・ボルトはトラップの動的気象観測所で、これらの気球を毎日定期的に使用する最初の試みを行った。これらの打ち上げから得られたデータは、気温が季節によって変化するある高度まで高度とともに低下し、その高度より上では安定することを示した。ド・ボルトによる対流圏界面と成層圏の発見は、1902年にフランス科学アカデミーで発表された。[ 4 ]リチャード・アスマンやウィリアム・ヘンリー・ダインズなどの他の研究者も、同時期に同様の機器を使って研究を行っていた。
1924年、米国通信隊のウィリアム・ブレア大佐は、無線回路の温度依存性を利用して、気球から気象測定を行う最初の原始的な実験を行った。気象センサーから正確な符号化テレメトリを送信する最初の真のラジオゾンデは、フランスのロベール・ビュローによって発明された。ビュローは「ラジオゾンデ」という名前を考案し、1929年1月7日に最初の機器を飛行させた。[ 4 ] [ 5 ] 1年後、独自に開発されたパベル・モルチャノフは、 1930年1月30日にラジオゾンデを飛行させた。モルチャノフの設計は、そのシンプルさと、センサーの読み取り値をモールス信号に変換することで、特別な機器や訓練なしで簡単に使用できることから、広く普及した標準となった。[ 6 ]
改良型モルチャノフゾンデを使用して、セルゲイ・ヴェルノフは、高高度で宇宙線測定を行うためにラジオゾンデを使用した最初の人物でした。1935年4月1日、彼は二次線シャワーのカウントを避けるために反同時計数回路内の一対のガイガーカウンターを使用して、 13.6 km (8.5マイル)まで測定を行いました。 [ 6 ] [ 7 ]これはこの分野で重要な技術となり、ヴェルノフはその後数年間、地球の磁場によって引き起こされる放射線の緯度依存性を測定するために、陸上と海上でラジオゾンデを飛ばしました。
1936年、米国海軍は米国標準局（NBS）に海軍で使用する公式ラジオゾンデの開発を依頼した。[ 8 ] NBSは、以前に無線航法に携わり、飛行機のブラインド着陸システムを発明したハリー・ダイアモンドにこのプロジェクトを任せた。 [ 9 ]ダイアモンドが率いる組織は最終的に（1992年に）米国陸軍研究所の一部となった。1937年、ダイアモンドは同僚のフランシス・ダンモアとウィルバー・ヒンマン・ジュニアとともに、抵抗容量緩和発振器の助けを借りて音声周波数サブキャリア変調を採用したラジオゾンデを作成した。さらに、このNBSラジオゾンデは、電気センサーを使用しているため、当時の従来のラジオゾンデよりも高い高度で温度と湿度を測定することができた。[ 8 ] [ 10 ]
1938年、ダイアモンドはラジオゾンデ用の最初の地上受信機を開発し、これが海軍におけるNBSラジオゾンデの最初の実用化につながった。そして1939年、ダイアモンドと彼の同僚は「遠隔気象観測所」と呼ばれる地上設置型ラジオゾンデを開発し、遠隔地や過酷な場所で気象データを自動的に収集できるようにした。[ 11 ] 1940年までに、NBSラジオゾンデシステムには圧力駆動装置が組み込まれ、圧力の関数として温度と湿度を測定した。[ 8 ]また、大気中の雲の厚さと光強度に関するデータも収集した。[ 12 ]こうした改良と、コスト（約25ドル）、重量（1キログラム以上）、精度の向上により、研究目的で全国で数十万個のNBSスタイルのラジオゾンデが製造され、この装置は米国気象局に正式に採用された。[ 8 ] [ 10 ]
ダイアモンドは、電波気象学への貢献により、1940年にワシントン科学アカデミー工学賞、1943年にIREフェロー賞（後にハリー・ダイアモンド記念賞と改名）を授与された。[ 11 ] [ 13 ]
1930年代における経済的に重要な政府気象予報サービスの拡大と、データに対するニーズの高まりは、多くの国が定期的なラジオゾンデ観測プログラムを開始する動機となった。
1985年、ソ連のベガ計画の一環として、2機の金星探査機、ベガ1号とベガ2号はそれぞれラジオゾンデを金星の大気圏に投下した。ゾンデは2日間追跡された。
衛星、航空機、地上センサーによる現代のリモートセンシングは、大気データの供給源としてますます重要になっていますが、これらのシステムはいずれもラジオゾンデ観測の垂直解像度（30 m（98フィート）以下）と高度範囲（30 km（19マイル））に匹敵することはできないため、ラジオゾンデは現代の気象学にとって依然として不可欠です。[ 2 ]
ラジオゾンデは世界中で年間を通じて毎日何百個も打ち上げられているが、ラジオゾンデによる死亡事故はまれである。最初に知られている例は、1943年に米国で高圧送電線からラジオゾンデを外そうとして感電死した送電線作業員である。 [ 14 ] [ 15 ] 1970年には、アエロフロート航空1661便を運航していたアントノフ24が飛行中にラジオゾンデに衝突して制御不能となり、乗員乗客45人全員が死亡した。
ヘリウムまたは水素を充填したゴムまたはラテックス製の風船が装置を大気圏に持ち上げます。風船が上昇する最大高度は、風船の直径と厚さによって決まります。風船のサイズは100 から 3,000 g (3.5 から 105.8オンス)まであります。風船が大気圏を上昇するにつれて圧力が低下し、風船が膨張します。最終的に、風船は膨張して外皮が破裂し、上昇が終了します。800 g (28オンス)の風船は約21 km (13マイル)で破裂します。[ 16 ] 破裂後、ラジオゾンデの支持線にある小さなパラシュートが地球への降下を遅くする場合がありますが、破裂した風船の残骸の空気抵抗とパッケージ自体の非常に軽い重量に頼るものもあります。典型的なラジオゾンデの飛行は 60 から 90 分続きます。フィリピンのクラーク空軍基地から打ち上げられたラジオゾンデ1機は、高度155,092フィート（47,272メートル）に達した。
現代のラジオゾンデは、無線でコンピュータと通信し、コンピュータはすべての変数をリアルタイムで保存します。最初のラジオゾンデは、セオドライトを使用して地上から観測され、位置から風速を推定することしかできませんでした。通信隊によるレーダーの登場により、SCR-658レーダーを使用して気球に搭載されたレーダー目標を追跡することが可能になりました。現代のラジオゾンデは、無線方向探知機やGPSなど、さまざまなメカニズムを使用して風速と風向を測定できます。ラジオゾンデの重量は通常250g （8.8オンス）です。
ラジオゾンデは、気球で上空に運ぶのではなく、航空機から投下される場合もあります。このようにして投下されるラジオゾンデは、ドロップゾンデと呼ばれます。
ラジオゾンデ気象観測気球は、従来、湿度、温度、気圧、風速、風向などの大気プロファイルを測定する手段として使用されてきました。[ 17 ]地上観測とともに、高層気象観測から得られる高品質で空間的にも時間的にも「連続的」なデータは、気象状況や気候傾向を理解し、社会の福祉のために気象および気候情報を提供する上で重要な基盤となります。信頼性が高くタイムリーな情報は、社会が異常気象や変化する気候パターンに備えるための基盤となります。[ 17 ]
世界中には、ラジオゾンデの打ち上げ地点が約1,300箇所あります。[ 18 ]ほとんどの国は、国際協定を通じて世界の他の国々とデータを共有しています。ほぼすべてのラジオゾンデの打ち上げは、約2時間の上昇中に観測時間を中央に合わせるため、公式の観測時間である0000 UTCと1200 UTCの1時間前に行われます。 [ 19 ] [ 20 ]ラジオゾンデの観測は、天気予報、悪天候の注意報と警報、大気研究にとって重要です。
米国国立気象局は、米国 本土に69か所、アラスカに13か所、太平洋に9か所、プエルトリコに1か所の計92か所の観測所から、1日に2回ラジオゾンデを打ち上げています。また、カリブ海にある10か所のラジオゾンデ観測所の運用も支援しています。[ 20 ] 米国が運用する陸上打ち上げ地点のリストは、 1997年5月発行の連邦気象ハンドブック第3巻[22]「ラジオゾンデとピバル観測」の付録C 「米国の陸上ラジオゾンデ観測所」 [ 21 ]に記載されています。
英国は、 Vaisala RS41 ラジオゾンデ[ 23 ] を 1 日 4 回 (UTC の 00、06、12、18 の 1 時間前) に 6 つの発射地点 (南から北へ) から打ち上げています。Camborne (緯度、経度)=(50.218、-5.327)、イングランド南西端。Herstmonceux ( 50.89、0.318)、南東海岸付近。Watnall ( 53.005 、-1.25)、イングランド中央部。Castor Bay (54.50、-6.34)、北アイルランドのラフ・ネイ湖の南東隅付近。Albemarle ( 55.02、-1.88)、イングランド北東部。Lerwick ( 60.139、-1.183)、スコットランド、シェトランド諸島。[ 24 ] [ 25 ]
生の高層気象データは、数値モデルを実行するスーパーコンピュータによって日常的に処理されます。予報官は、スキューT log-P図、テフィグラム、またはスチューベ図などの熱力学図にプロットされたグラフ形式でデータを見ることがよくあります。これらはすべて、大気の温度と水分の鉛直熱力学プロファイルと鉛直風プロファイルの運動学の解釈に役立ちます。[ 17 ]
ラジオゾンデデータは、数値天気予報において極めて重要な要素です。ゾンデは90分から120分の飛行中に数百キロメートルも漂流する可能性があるため、これがモデルの初期化に問題を引き起こす可能性があるという懸念があります。[ 17 ]しかし、成層圏のジェット気流領域で局地的に発生する可能性を除けば、そうではないようです。 [ 26 ]この問題は、将来的に位置を正確に制御し、漂流を補正できる気象ドローンによって解決される可能性があります。 [ 27 ]
残念ながら、異常気象や気候変動の影響に非常に脆弱なアフリカなどの発展途上地域では、地上および高層気象観測が不足しています。この問題の憂慮すべき状況は、2020年に世界気象機関[ 28 ]によって強調され、「アフリカの状況は、地上観測で最も重要なタイプのラジオゾンデ飛行の数が2015年から2020年にかけてほぼ50%劇的に減少していることを示している。報告の地理的範囲が狭くなっている」と述べています。過去20年間で、アフリカの約82%の国が深刻な（57%）または中程度の（25%）ラジオゾンデデータのギャップを経験しました。[ 17 ]この深刻な状況により、アフリカおよび世界全体でデータギャップを早急に埋める必要性が叫ばれています。地球上の陸地の大部分、特に最も脆弱な社会が存在する地域における膨大なデータギャップに対し、前述の呼びかけは、今後10年間で「データギャップを埋め」、観測ネットワークのさらなる劣化を食い止めるための世界的な取り組みを活性化させた[ 29 ]。
国際電気通信連合によると、気象援助サービス（気象援助無線通信サービスとも呼ばれる）は、ITU無線通信規則（RR）[30]第1.50条によれば、「気象（水文を含む）の観測および探査に使用される無線通信サービス」と定義されています。さらに、 ITU無線通信規則第1.109条 によれば、次のようになります。 [ 31 ]
ラジオゾンデとは、気象観測補助装置として用いられる自動無線送信機であり、通常は航空機、気球、凧、またはパラシュートに搭載され、気象データを送信する。各無線送信機は、恒久的または一時的に運用される無線通信サービスによって分類される。
無線周波数の割り当ては、 ITU無線通信規則（2012年版）第5条に従って規定されている。 [ 32 ]
周波数利用の調和を向上させるため、本文書に規定されているサービス割り当ての大部分は、各国の所轄官庁が管轄する周波数割り当ておよび利用状況に関する国家表に組み込まれています。割り当ては、一次、二次、排他的、または共有のいずれかになります。
ただし、民生利用が認められている周波数帯における軍事利用は、ITU無線通信規則に準拠するものとする。
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