地上気象観測

地上の気象観測は、安全上の理由だけでなく、気候学的な理由からも、世界中で天気を予測し、警報を発令するために使用される基本的なデータです。^{[ 1 ]}気象観測は、気象観測員による手動、自動気象観測所を使用したコンピュータによる自動、また​​は自動気象観測所を補完する気象観測員を使用するハイブリッド方式で取得できます。ICAOは、地球の大気における高度による圧力、温度、密度、粘性の標準的な変化のモデルである国際標準大気（ISA）を定義しており、観測所の圧力を海面圧力に下げるために使用されます。空港の観測は、 METAR観測コードを使用して世界中に送信できます。自動観測を行う個人気象観測所は、市民気象観測者プログラム（CWOP）を介して米国のメソネットに、気象観測ウェブサイト（WOW）を介して英国気象庁に^{[ 2 ]} 、またはウェザーアンダーグラウンドのインターネットサイトを介して国際的にデータを送信できます。^{[ 3 ]}従来、ある場所の気象観測の30年間の平均が、その場所の気候を 決定するために使用されています。^{[ 4 ]}米国では、協力観測員のネットワークが、天気の概要と場合によっては水位情報を毎日記録しています。

ジョン・カンパニウス・ホルム牧師は、植民地時代のアメリカで初めて体系的な気象観測を行った人物として知られています。彼はデラウェア川河口近くのスウェーデン砦植民地の従軍牧師でした。ホルムは1644年と1645年に計器なしで毎日の観測を記録しました。17世紀には東海岸の気象現象に関する他の多くの記録が残されています。ジョージ・ワシントン大統領は1700年代後半にバージニア州マウントバーノンで詳細な気象日誌をつけていました。1800年代には、定期的な気象観測者の数が大幅に増加しました。1807年、ペンシルベニア大学のBSバートン博士は、フィラデルフィア・リンネ協会の会員全体に、気候史を確立するために計器を備えた気象観測所を維持するよう要請しました。1900年代初頭には、多くの観測所が農場から町の住宅街に移り、そこで観測用紙を郵送するサービスが利用できるようになりました。 1926年までに、米国、西インド諸島、カリブ海全域に5000以上の観測地点が設置された。1939年、米国海軍航空局は自動気象観測所の開発に積極的に着手した。^{[ 5 ]}

地上の気象観測は、離着陸時の安全上の懸念から、従来は空港で行われてきました。ICAOは、地球の大気における高度/高度に伴う圧力、温度、密度、粘性の標準的な変化のモデルである国際標準大気（ ICAO標準大気とも呼ばれる）を定義しています。これは、計器の校正や航空機の設計に役立ち、^{[ 6 ]}観測所の圧力を海面気圧（SLP）に低減するために使用され、その後、気象図で使用できます。^{[ 7 ]}

米国では、FAA は安全上の理由から、大規模空港での気象観測を義務付けています。ASOSなどの自動空港気象観測所の購入を促進するため、FAA は空港での認定気象観測所の設置に連邦資金の使用を許可しています。^{[ 8 ]}空港での観測は、 METAR観測コードを使用して世界中に送信されます。METAR 報告は通常、空港または常設の気象観測所から送信されます。報告は 1 時間ごとに生成されますが、状況が大きく変化した場合は、SPECI と呼ばれる特別報告で更新されることがあります。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

地上の気象観測には、以下の要素が含まれる場合があります。

• METAR観測におけるステーション識別子、または位置識別子は4文字で構成され、[ 13 ]最初^の文字はステーションが属する世界の地域を表します。たとえば、太平洋とその周辺地域では最初の文字はP、ヨーロッパではEです。2番目の文字は、その場所が属する国/州を表す場合があります。ハワイでは最初の2文字は「PH」、イギリスではステーション識別子の最初の2文字は「EG」です。カナダと米国本土は例外で、最初の文字はそれぞれCとKで地域を表します。最後の2文字または3文字は通常、場所または空港の名前を表します。
• 視界は、世界のほとんどの場所でメートル単位で測定されますが、米国では法定マイルで報告されます。 ^{[ 14 ]}
• 滑走路の視界は、世界中の多くの場所でメートル単位で測定され、米国ではフィート単位で測定される。 ^{[ 14 ]}
• 温度は、物質サンプルの運動エネルギーの尺度です^{。温度は、熱接触している 2 つの物体間の熱の流れの方向を決定する固有の物理的性質です。熱の流れがない場合、2 つの物体は同じ温度になります。 [ 15 ]}それ以外の場合は、熱はより高温の物体からより低温の物体に流れます。気象学では、温度は、空気にさらされているが直射日光から遮られている温度計で測定されます^{。 [ 16 ]}世界のほとんどの地域では、ほとんどの温度測定目的に摂氏スケールが使用されます。しかし、米国は、一般の人々、産業界、一般気象学、および政府によって華氏温度スケールが使用されている最後の主要国です。 ^{[ 14 ]}それにもかかわらず、米国の METAR 報告では、温度 (および露点、下記参照) も摂氏で報告されています。
• 露点とは、一定の気圧下で、水蒸気が凝結して水になる必要な空気の塊の温度のことです。凝結した水は露と呼ばれます。露点は飽和点です。露点温度が氷点下になると、水蒸気はもはや露を生成せず、代わりに付着によって霜または霜を生成するため、霜点と呼ばれます。 ^{[ 17 ]}露点は相対湿度と関連しています。相対湿度が高いほど、露点は現在の気温に近くなります。相対湿度が100%の場合、露点は現在の温度と等しくなります。一定の露点の場合、温度の上昇は相対湿度の低下につながります。一定の気圧では、温度に関係なく、露点が空気の比湿度を決定します。露点は、キャブレターの着氷や霧の発生確率を計算するために使用されるため、一般航空パイロットにとって重要な統計です。気温と併用すると、積雲または対流雲の高さを推定するための式を使用できる。 ^{[ 18 ]}
• 風は、地上10メートル（33フィート）の高さに設置された風速計と風向計（またはエアロベーン）を使用して測定されます。平均風速は、米国では2分間平均^{[ 19 ]}、その他の地域では10分間平均^{[ 20 ]}を使用して測定されます。風向は度で測定され、北は0度または360度を表し、北から時計回りに0から値が増加します。突風は、サンプリング期間中に風速のピークと静穏の間で10ノット（5.1 m/s）を超える変動があった場合に報告されます^{[ 19 ] 。}  
• 海面気圧（SLP）とは、海面での気圧、または（陸上の特定の標高で測定した場合）観測地点の温度で等温層が存在すると仮定して海面気圧に換算した気圧のことです。これは通常、ラジオ、テレビ、新聞、またはインターネットの天気予報で示される気圧です。家庭の気圧計を地域の天気予報に合わせて設定すると、実際の地域の気圧ではなく、海面気圧に換算した気圧が測定されます。海面気圧に換算すると、気圧の変動範囲は誰にとっても同じになります。高気圧または低気圧とみなされる気圧は、地理的な位置に依存しません。このため、天気図上の等圧線は意味があり、便利なツールとなります。 ^{[ 21 ]}
• 高度計設定とは、航空で使用される用語および量です。平均海面における地域または局地の気圧を高度計設定と呼び、特定のQNH飛行場における地上からの高さを示すように高度計を校正する圧力です。 ^{[ 22 ]}
• 視界を制限したり、雷や突風が発生したりする現在の気象状況は、空港の離着陸時に航空機に起こりうる脅威を示すために観測で報告されます。地表気象観測に含まれるタイプには、降水、視界の遮り、発達した砂塵旋風、突風、竜巻活動、砂嵐、火山灰、砂嵐などのその他の気象現象が含まれます。^{[ 23 ]}
• 降水強度は主に気象上の懸念のために測定されます。しかし、激しい降水は視界を制限する可能性があるため、航空にとっても懸念事項となることがあります。また、着氷性の雨の強度は、航空機の翼に氷が付着して飛行に悪影響を及ぼす可能性があるため、特定の場所の近くを飛行することがパイロットにとってどれほど危険かを判断する要因にもなります。^{[ 24 ]}
• 過去1時間、3時間、6時間、または24時間の降水量は、気象学者にとって、降水量の予報を検証したり、観測地点の気候値を決定したりする上で特に重要な情報となる。
• 過去6時間の降雪量は、気象および気候学的観点から収集されます。ただし、滑走路や誘導路から雪を除雪する頻度に関する情報を空港技術者に提供するために、「SNOINCR」という注記を使用して1時間ごとに報告される場合もあります。
• 気象学および気候学上の懸念から、積雪深は1日に1回測定されます。ただし、降雪期間中は、最近の降雪量を把握するために6時間ごとに測定されます。^{[ 25 ]}

METAR にコード化された陸上地点によって収集されたデータは、電話回線または無線技術を介して世界中に伝達されます。多くの国の気象機関では、このデータはステーションモデルを使用して天気図にプロットされます。ステーションモデルは、特定の報告ステーションで発生している気象を示す象徴的な図です。^{[ 28 ]}気象学者は、天気図上の狭いスペースに多数の気象要素をプロットするためにステーションモデルを作成しました。^{[ 29 ]}ステーションモデルのプロットが密集した地図は読みにくい場合がありますが、気象学者、パイロット、船員が重要な気象パターンを確認することができます。

天気図は、大気のさまざまなレベル（この場合は地表層）におけるさまざまな気象量の分析を示す情報を素早く表示するために使用されます。^{[ 30 ]}観測所モデルを含む地図は、等温線を描くのに役立ち、温度勾配をより容易に識別できます^{[ 31 ]} 。また、気象前線の位置特定にも役立ちます。風速に基づく2次元流線は、風場の収束と発散の領域を示し、風のパターン内の特徴の位置を決定するのに役立ちます。一般的な地表天気図の種類は、高気圧と低気圧の領域を示す等圧線をプロットする地表天気分析です。

1世紀以上にわたり、世界の海洋からの報告は安全上の理由と一般的な気象予報の支援のためにリアルタイムで受信されてきました。報告は総観コードを使用してコード化され、無線または衛星を介して世界中の気象機関に中継されます。^{[ 32 ]}ブイの報告は自動化されており、その場所にブイを係留した国によって維持されています。大型の係留ブイは沿岸近くで使用され、小型の漂流ブイは沖合で使用されます。^{[ 33 ]}

海洋表面からの報告の重要性から、 VOSとして知られる自主観測船プログラムが設立され、乗組員が海上で気象観測を行う方法を訓練し、港に到着した際に船上で使用される気圧計や温度計などの気象センサーを校正するようになった。^{[ 34 ]} ビューフォート風力階級は、今でも一般的に海上での手動観測者による風速の測定に使用されている。風速計を搭載した船は、高波による機器の遮蔽のため、風速が高い場合の風速測定に問題がある。

気候（古代ギリシャ語のklimaに由来）は、一般的に長期間にわたって平均化された天候と定義されます。^{[ 35 ]}標準的な平均化期間は、特定の場所の場合 30 年ですが、^{[ 4 ]}他の期間が使用される場合もあります。気候には、平均値以外の統計、例えば日々の変動や年々の変動の大きさなども含まれます。気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の用語集の定義は次のとおりです。

狭義の気候は通常「平均的な天気」と定義され、より厳密には、数ヶ月から数千年または数百万年に及ぶ期間にわたる関連量の平均値と変動性に関する統計的記述として定義されます。世界気象機関（WMO）が定義する古典的な期間は30年です。これらの量は、多くの場合、気温、降水量、風などの地表変数です。広義の気候は、統計的記述を含む気候システムの状態です。^{[ 36 ]}

気候と日常の天気の主な違いは、「気​​候は期待するもので、天気は実際に起こるもの」というよく知られたフレーズで最もよく要約されます。^{[ 37 ]}歴史的な期間にわたって、緯度、標高、陸地と水域の比率、海や山への近さなど、気候を決定する静的変数がいくつかあります。植生被覆の程度は、地域レベルで太陽熱の吸収、水の保持、降雨に影響を与えます。

• 自動気象観測所および自動空港気象観測所
• 落雷検知
• METAR（国際標準化気象報告フォーマット）
• 空港ターミナル予報（TAF）、国際的に標準化された気象予報形式
• 天気予報、大気の状態を予測する研究

• 日々の地上気象および気候概況（Daymet）
• 地上気象観測に関するトレーニングガイド
• 地上気象観測基準マニュアル（MANOBS）第8版、改訂1