天気予報に不可欠！高層気象観測とは？空を飛ぶ気球の正体

公開：2025年02月19日15:00

空に気球が浮かんでいるのを見たことがありますか？それは、高層気象観測に用いる機器かもしれません。高層気象観測とは、上空の気温や風向風速を観測することです。観測には、GPSゾンデという機器を使用するため「GPSゾンデ観測」ともいいます。この記事では、GPSゾンデや観測方法、日々の天気予報との関係などをご紹介します。

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高層気象観測とは？
GPSゾンデとは？　GPSゾンデを使用した観測方法
高層気象観測で分かること
天気予報とのつながり

高層気象観測とは？

高層気象観測とは、上空の気温や風向風速を観測することです。それによって、地上での観測だけでは分からない天気の変化を知ることができ、より高精度な予報が可能になります。気象庁では、天気予報用として毎日決まった時間（日本標準時9時・21時）に高層気象観測を行っており、上空 30km近くの高度までのデータを取得しています。全国16か所の気象官署で観測しています。
実は、日本気象協会でも高度 2000ｍくらいまでの観測を特定の業務向けに期間を決めて実施しています。気象庁よりも観測高度が低いため、使用するセンサの種類や気球の大きさ（気象庁：直径約1.8ｍ、当協会：直径約1m）と色（気象庁：白、当協会：橙色）が異なりますが、GPSゾンデの基本的な構成は同じです。

GPSゾンデとは？　GPSゾンデを使用した観測方法

高層気象観測は、「GPSゾンデ観測」ともいわれています。観測には、GPSゾンデという機器を使用するためです。GPSゾンデは、上空の気温や湿度、風向風速を測定する機器です。GPSゾンデは、気温と湿度センサ、GPS衛星からの信号を受けるGPSアンテナ、センサとGPSの各データを地上に送るための送信部で構成されており、電源はリチウム電池を用います。
こちらをゴム製の気球に吊して放球し、ゾンデから送られてくる電波を地上で受信して、上空の気象の観測を行います。観測は、ヘリウムガスが入ったゴム気球に、パラシュートとGPSゾンデを吊り下げて放球します。気球は1分間に約300ｍの速度で上昇し、それぞれの高度での風に流されて行きます。
GPSアンテナはカーナビで使用されているものと基本的に同じで、カーナビで車の位置が分かるように、風で流されたゾンデの三次元位置（緯度・経度・高度）が測位されます。そして風で流された位置を図面上でつなぐと、ゾンデがどう流されたかが分かり、流した風（風向風速）も分かります。

高層気象観測で分かること

実際に高層気象観測をしていると、地上にいても気付くことができない天気の兆しを捉えることができます。例えば、高気圧が接近してくる様子です。一般的に、気温は上空へ行くほど低くなります。地上よりも山の頂上など標高の高い場所の方が気温は低いですよね。
逆に、上空へ行くほど気温が高くなる層ができることがあります。これを「逆転層」といいます。逆転層は「接地逆転層」、「沈降性逆転層」、「前線性（移流性）逆転層」の3種類があります。

高気圧の付近では、「沈降性逆転層」が形成されます。高気圧のある場所は下降流が発生しています。空気は上昇するほど冷やされ、下降するほど温められるため、高気圧のある場所では下降流によって空気が昇温し、空中に沈降性逆転層ができます。沈降性逆転層は地上から1000ｍ以上の高さにできることが多いです。高層気象観測をしていると、上空から沈降性逆転層が下りてくることが分かります。このことから、もうすぐ高気圧が接近してくることが分かります。他にも、上空に湿った空気が入ってくると、天気が崩れてくることが分かったり、高層気象観測では地上観測だけでは分からない天気の変化を知ることができます。

天気予報とのつながり

気象庁のGPSゾンデの観測データは、実況監視のほかに、天気予報の数値予報モデルに用いられています。数値予報とは、計算機（コンピューター）を用いて、現在の大気の状態から未来の大気の状態を予測することです。この計算に用いるコンピュータープログラムを「数値予報モデル」と呼んでいます。この数値予報の予測結果をもとに、気象庁では予報官が天気予報を発表しています。数値予報モデルの予測結果は、民間気象会社にも提供されています。tenki.jpでは、気象庁の数値予報モデルに加えて、日本気象協会オリジナルの数値予報モデルを加味して天気予報を発表しています。このように、高層気象観測は天気予報を発表する上で、なくてはならない役割を担っています。