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気象観測気球（観測気球とも呼ばれる）は、ラジオゾンデと呼ばれる小型の使い捨て測定装置を用いて、気圧、温度、湿度、風速を測定するために、機器を成層圏に運ぶ高高度気球（HAB）です。[ 1 ] 19 世紀後半に初めて発明された気象観測気球は、何度か改良され、今日でもヨーロッパ、北アメリカ、アジアの研究者によって使用されています。[ 2 ]気球自体はラテックス製で、揚力を発生させるためにヘリウムまたは水素が充填されています。[ 1 ]気球は、レーダー、RDF、またはGPSで追跡できます。長期間一定の高度にとどまることを目的とした気球は、トランソゾンデとして知られています。[ 3 ]機器パックを搭載していない気象観測気球は、上層の風と雲層の高さを測定するために使用されます。このような気球の場合、セオドライトまたはトータルステーションを使用して気球の方位角と高度を追跡し、必要に応じて推定風速と風向、および/または雲の高さに変換します。[ 3 ]
気象観測気球は、現在の状況を診断するための観測データや、人間の予報官やコンピューターモデルによる天気予報のために世界中で打ち上げられています。世界中で900～1,300か所で定期的に気球が打ち上げられており、通常は1日に2～4回です。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]気象観測気球のその他の用途としては、衛星観測の補助、ロケット打ち上げの支援、その他のさまざまな記録などがあります。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
気象観測気球の有効性は、一部の国では観測範囲が限られていることや、その他の大気および機器の要因によって制限されている。[ 8 ] [ 9 ]米国では年間約76,600個の気球が放出されているため、気象観測気球の頻繁な使用に関して環境上の懸念が提起されている。[ 11 ]これらの気球の多くは、週に最大300個が海に落ち、水を汚染し、周辺の海洋生物を危険にさらしている。[ 11 ]
気象観測気球を最初に利用した人物の一人は、フランスの気象学者レオン・テイセレンク・ド・ボルトでした。1896年から、彼はフランスのトラップにある自身の観測所から数百個の気象観測気球を打ち上げました。これらの実験により、彼は対流圏界面と成層圏を発見しました。[ 12 ] これらの初期の気象観測気球には、着陸時に回収される自己記録装置が搭載されており、研究者はこれまで以上に高い高度から大気プロファイルを取得することができました。[ 2 ]
20世紀初頭、気象観測気球はより広範な高層大気研究へと拡大し、オゾン、宇宙線、成層圏循環の調査が行われた。[ 13 ]気象観測気球観測所はヨーロッパ、北アメリカ、アジアなど世界各地に設立された。1920年代には、ラジオゾンデの発明により技術はさらに進歩した。ラジオゾンデは、温度、気圧、湿度のリアルタイム測定値を無線信号で送信できる装置である。[ 2 ]この革新により、今日の気象予報や気候研究に不可欠な、協調的なグローバル観測ネットワークの構築が可能になった。[ 2 ]
放射性降下物による放射性物質の診断を支援するために、一定高度に長時間留まるように設計された計測機器を搭載した気球であるトランソゾンデは、1958年に実験されました。[3] ドローン技術のブーム により、1990年代後半から気象ドローンが開発されました。 [ 14 ] これらのドローンは、気球では不可能な地域や天候において、正確で的を絞った測定を行う可能性を提供しました。[ 14 ]これらは、ラジオゾンデを運ぶためのより具体的な手段として、気球に取って代わり始めるかもしれません。[ 15 ]
気球自体が揚力を生み出し、通常は柔軟性の高いラテックス素材で作られていますが、クロロプレンが使用される場合もあります。[ 1 ]実際の測定と無線送信を行うユニットは紐の下端に吊り下げられており、ラジオゾンデと呼ばれます。[ 1 ]オゾン濃度の測定など、特定のパラメータを測定するために特殊なラジオゾンデが使用されます。[ 1 ]
データ品質を向上させるには、センサーの露出と気流に特に注意を払う必要があります。放射線シールドは、センサーの過熱を最小限に抑えるために使用されます。最近の研究では、気球の上昇および下降速度を制御することで、センサーへの風による影響を軽減し、より正確な測定が可能になると結論付けられています。よりスムーズな下降を可能にするために、一部の気球は、下降中のデータ収集を改善するために、二重気球構成またはバルブ制御気球を使用しています。[ 2 ]
気球には通常水素が充填されますが、より高価ではあるものの、それでも実行可能な選択肢であるヘリウムもよく使用されます。上昇速度は、気球に充填されるガスの量によって制御でき、通常は毎分約 300 メートル (980フィート/分)です。[ 10 ] : 24-54 気象観測気球は40 km (25マイル)以上の高度に達することがありますが、気圧の低下により気球が膨張し (通常は 100:1 の係数で) て崩壊するため、それ以上の高度には達しません。[ 1 ]この場合、通常は機器パッケージが失われますが、パラシュートを使用して機器の回収を補助することができます。それ以上の高度では、観測ロケットを使用して機器を上空に運び、さらに高い高度では衛星が使用されます。[ 1 ]
気象観測気球は、現在の状況を診断するための観測データや、人間の予報官やコンピューターモデルによる天気予報のために、世界中で打ち上げられています。世界中の900～1,300か所で、通常0000 UTCと1200 UTCに、1日に2回または4回、定期的に気球が放出されています。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]また、気象学者が12時間ごとの定期打ち上げの間に、大気の状態が大きく変化する可能性があるため、追加のデータが必要だと判断した場合、一部の施設では時折、補足的な特別放出も行います。米国の国立気象局などの軍事および民間の政府気象機関が通常気球を打ち上げ、国際協定により、ほぼすべてのデータがすべての国と共有されています。[ 4 ]
衛星は地球規模の大気観測を可能にするが、その測定値は解像度が低く、雲量、地表面放射率、校正ドリフトなどの影響を受ける可能性がある。[ 8 ]気球は、その地域の温度、気圧、湿度を直接その場で測定できるため、衛星によるデータ取得の誤差を特定し、データの精度を向上させるのに役立つ。このため、現代の気候監視システムでは、衛星による測定と気球による観測がしばしば併用される。[ 8 ]
気象観測気球は、ロケット打ち上げを支援する大気観測システムとしても使用されています。[ 9 ]ルカシェヴィチ研究ネットワーク航空研究所が行った試験では、気球観測システムがILR-33アンバー準軌道ロケットの支援に使用されました。2019年の一連の試験打ち上げで、このシステムは、ロケットの打ち上げ前手順で使用された、垂直風プロファイル情報などの大気データをリアルタイムで取得しました。[ 9 ]
航空関連、汚染監視、写真やビデオ撮影、研究など、特殊な用途も存在します。例としては、パイロットバルーン（ピバル）があります。[ 10 ]フィールド調査プログラムでは、陸上車両だけでなく、船舶や航空機（この場合は通常ドロップゾンデ）からの移動式発射装置がよく使用されます。近年では、気象観測気球は、高高度で人間の遺灰を散布するためにも使用されています。気象観測気球は、1966 年 9 月に英国北ウェールズのグウィネズ州ポートメイリオンで 1960 年代のテレビシリーズ「プリズナー」の制作中に、架空の存在「ローバー」を作成するためにも使用されました。これは、1966 年から 67 年にかけて英国の MGM ボアハムウッドで撮影された後続のシーンでも維持されました。[ 16 ]気象観測気球は、化学や大気質の研究における漂流プラットフォームとしても使用されています。[ 17 ]これらのシステムは、急速に上昇するのではなく、気団とともに漂うように設計されており、下部対流圏の微量ガス、エアロゾル、およびその他の化学成分を測定します。これらの気球は、移動する気塊に沿った汚染物質の輸送、混合、および化学変化を調べるために、汚染研究に役立ちます。[ 17 ]高高度気象気球は、宇宙に近い研究のための研究プラットフォームとして使用でき、強い紫外線レベル、低温、大気圧などの環境条件がある高度約 25～30 km に達します。[ 18 ]最近の研究では、研究者は生きた微生物を搭載した気象気球を打ち上げ、これらの条件への曝露が細胞の生存率にどのように影響するかを調査しました。これらのミッションは、軌道宇宙飛行実験よりも安価な代替手段を提供します。[ 18 ]
1970年、アエロフロート航空1661便として運航されていたアントノフ24型機が、飛行中にラジオゾンデに衝突し、操縦不能に陥った。その結果、乗員乗客45名全員が死亡した。
2025年10月16日 、[ 19 ]ユナイテッド航空の便がユタ州上空の巡航高度で気球と衝突し、フロントガラスが割れてガラスの破片がコックピットに飛び散り[ 20 ]、機長の右腕が負傷し、緊急降下[ 21 ]と進路変更を余儀なくされた。NTSBは調査を開始し、気球を運航していた会社は将来のリスクを軽減するための措置を講じた[ 20 ] 。
アフリカ、南米、南極海、南極などの地域は、気象観測気球による観測が特に不足している。[ 8 ]これは、気候情報に大きなデータギャップや偏りを生じさせ、南半球の気候や大気プロファイルの理解を制限する可能性がある。[ 8 ]このような観測範囲の不均衡は、気象観測気球の打ち上げ費用が高額であること（1回の打ち上げにつき約500米ドル）に起因しており、第三世界の国々へのアクセスを制限し、世界的に数を制限する。[ 8 ]
気象観測気球の性能は、揚力ガス量、ペイロード質量、気象条件に大きく左右されます。[ 9 ]気球の打ち上げ場所やユーザーエクスペリエンスもミッションの成功に影響するため、一貫した結果を得ることが困難です。[ 9 ]高層気象観測の完全性は、気球が到達する最大高度に依存します。[ 23 ]つまり、気球が早期に破裂したり、十分な上昇高度に達しなかったりすると、温度と湿度の測定の上方範囲が制限され、この情報に依存するGRUANのような気候ネットワークにとっては大きな問題となります。[ 23 ]
気象予報は衛星やレーダー技術にますます依存するようになっているが、依然として気象観測気球も利用されている。これらの装置は世界中の何千もの観測所から打ち上げられ、大気圏に上昇して気象データを収集する。例えば、米国では年間約76,600個の気球が放出され（1日平均約210個）、カナダでは22,000個が打ち上げられている。[ 11 ]
気象観測気球は、高度約35キロメートルに達すると破裂し、観測機器と気球の素材であるラテックスを放出します。観測機器は回収されることが多いものの、ラテックスは環境中に残り、海洋生態系に重大な脅威となります。研究によると、気象観測気球のかなりの部分が最終的に海に流れ着くことが分かっています。例えば、あるオーストラリアの研究者は、グレートバリアリーフから2,460個以上の気象観測気球の破片を回収し、週に最大300個の気球が海洋環境に放出されている可能性があると推定しています。このような環境への影響は、気象データ収集における持続可能な代替手段の必要性を強調しています。[ 11 ]
科学者や環境保護活動家は、気象観測気球の環境への影響について懸念を表明している。ラテックス素材は長期間海中に残留する可能性があり、ウミガメ、鳥類、魚類などの海洋生物に害を及ぼす可能性がある。気象観測気球の環境への影響を最小限に抑えるための取り組みには、生分解性素材の開発や回収方法の改善などが含まれる。しかし、気象観測データのために気象観測気球に頼り続けることは、正確な天気予報の必要性と環境の持続可能性とのバランスを取る上で課題となっている。[ 11 ]
ゾンデ気球やその他の類似物体は、航空機のピトー管システムを使用した対気速度の測定に影響を与えるリスクがあるため、脅威となります。