低温科学研究所の「云科学研究室」に藤吉康志さんを访ね、话をうかがいました。
流氷をどのようにして见つけるのですか
北海道のオホーツク海侧では、毎年冬になると流氷が北からやってきます。その様子を、纹别市に设置したレーダーでとらえ、データを札幌の研究室までインターネットを通して送ります。それをパソコンで解析し、见やすい表示に変换します。画像の一部はインターネットでも公开しています。
これはその一例で、白い部分が、大小さまざまの氷で海面が覆われた流氷域です。
（流氷がオホーツク海沿岸に接近した2013年1月19日14时05分の観测结果。提供：藤吉さん）
これまでの人工卫星による観测では、1日に1～2回しかデータが得られませんでした。また卫星に搭载されたセンサーの种类によっては、昼间だけ、それも云のないところしか见えなかったり、风で海面が波立つと流氷域とただの海面との区别がつかなくなる、といった问题もありました。
でも私たちのレーダーでは、昼夜を问わず、またどんな荒天の时でも、6分间隔で流氷の様子を知ることができます。冲合60キロほどまで観测でき、60メートルほどの大きさまで见分けることができますから、沿岸で操业する渔船が安全を确保するのに、あるいは流氷観光船が「いい航路」を探すのに、大いに役立つと思います。
（紋別市の大山（標高313m）に設置したレーダーのパラボラアンテナ（直径2m）。 写真提供：藤吉さん）
どのようなレーダーですか
通常のレーダーは、雨や雪粒子あるいは海氷や海面で反射されて戻ってきた电波の「强さ」だけを测ります。そのため、雪云が垂れ込めて雪が降り、风も强くて海面が波立つといった悪条件の时には、雪や海面から反射してくる电波と、氷から反射してくる电波とがごっちゃになって、どこに氷があるのかわからなくなってしまいます。
（先のレーダー図と同じ日时?时刻に、戻ってきた电波の强さだけで描いた図。荒天だったため、海水面と流氷の区别ができません。色の违いは、反射して戻ってきた电波の强さを表しています。写真提供：藤吉さん）
そこで私たちは、「ドップラーレーダー」と呼ばれるタイプのレーダーを使いました。流氷の観测にドップラーレーダーを使ったのは、私たちが世界で初めてです。
救急车の「ピーポー」という音は、救急车が近づいてくるときはいくぶん高い音程で闻こえ、远ざかるときは低い音程で闻こえます。これがドップラー効果で、同じことが电波でも起きます。
それを利用すると、レーダーに戻ってくる电波の振动数が、発射した电波の振动数と「どれだけずれているか」を手がかりにして、対象物が远ざかる、あるいは近づく速さを知ることができます。
（ドップラー効果による振动数の変化の概念図。対象物がレーダーから远ざかっていくときを例に。）
さらに、対象物の速さの、小さな「乱れ」を知ることもできます。风に流される雪片や、波立ちながら流れる海水は、ピタッと一定の速さで动いているわけではなく、少し早くなったり遅くなったりと「乱れ」を伴いながら移动しています。そのため、レーダーに戻ってきた电波の振动数は、ピタッと一つの値にはなりません。乱れに対応した「幅」をもって観测されます。この幅が、対象物の动きの乱れぐあいを知る手がかりになります。
具体的には、どのようにして？
雨や雪が降っておらず、风が弱くて海面も波立っていないときは、これまでのように、反射してくる电波の「强さ」だけで流氷域を见分けることができます。
风が强くて海面が波立っているときは、「乱れ」に注目するとうまくいきます。流氷が広がっている地点の「乱れ」は、氷のない海面の「乱れ」に比べ、ずっと小さいのです。流氷域では氷が海面の「乱れ」を防いでいるからです。
雪が降っているときには、雪云は毎秒10～20メートルほどと、流氷の10倍から100倍の速さで移动するという性质を使います。また、流氷の「乱れ」が雪云の「乱れ」に比べずっと小さい、という性质を使うこともできます。いずれの场合も、30分间ほどの観测データを组み合わせることで、うまく流氷域だけを取り出すことができます。
（巡视船「宗谷」から见た流氷。写真提供：大角さん）
流氷の「动き」もわかるのですか？
これまでより、确実に动きがわかりますし、予测することもできます。
従来は、レーダー画像の上で流氷が时间とともにどのように移动していくか追跡していました。しかしこの方法では、たとえば丸い海氷が同じ场所で回転するような动きを捉えることができません。全体としては移动していないのですから。また、流氷が形を変えたり、成长したりした场合には、移动の动きを正しく捉えることができません。
そこで私たちは、従来の方法に、ドップラーレーダーで得られる情报も组み合わせることで、より确実に、流氷域がどのように动いていくか、どのように形を変えていくか、予测できる手法を开発しました。この方法は、オホーツク海だけでなく南氷洋や北极海などの海氷域で、船舶が安全に航行するのに役立ちます。
レーダーの威力は大きいですね
これまで、冬に北海道のオホーツク海侧に発生する雪云をレーダーでとらえることは、ほとんどできませんでした。札幌、函馆、釧路にある気象庁のレーダーでは、北海道中央部にある山脉にじゃまされて、観测できなかったのです。
私たちは、纹别市から北西に40キロほど离れた雄武町にもレーダーを设置し、纹别のとあわせ2台でオホーツク海侧の云の様子を観测しています。そして、冬期にはオホーツクの海岸に沿って特徴的な雪云が発达し、それがこの地方の降雪と密接な関係があることを初めて明らかにしました。
（オホーツク海沿岸に帯状に伸びる雪云。写真提供：藤吉さん）
レーダーは电波を使いますが、电波のかわりにレーザー光を利用すると、上空を飞ぶ小さな尘や微粒子の速さを测定することができ、それを通して上空の风の様子を知ることができます。こうした情报は、风力発电のための基础的なデータとしても贵重です。また、どんな鸟がどんな高度で飞ぶかなどをレーダーで调べて、鸟が风车に衝突する「バードストライク」への対策に役立てることもできます。
空をいろいろな観点から観察する、そして想いをめぐらすことで、さまざまな研究に発展していくのです。
（ゼミ室の入り口には「空想室」の看板がかかっています。）
【取材：麻豆原创 + 浅山信乃（麻豆原创選科）】