高層気象観測の始まりと成層圏の発見（3） 本格的な観測の始まり

キュー観測所

19世紀の半ばに気球を用いた気象観測を行ったのはイギリスだった。イギリスのキュー観測所（Kew Observatory）のウェルシュ（John Welsh）は、1852年の8月から11月にかけてロンドンのボクソール（Vauxhall）で有人気球を使った気象観測を4回行った(Hoinka, 1997)。フランスと同様にこれらの観測の目的は、種々の高度での気温と湿度の状態の決定だった。この時の気温観測には初めて換気装置付きの温度計が使われた（Rotch, 1902）。ウェルシュは高度3.7～7 kmまで到達し、気温が高度とともに単調に減少することを示した。この他に、種々の高度の大気サンプルが分析のために集められ、雲から反射される日射が偏光していないかも調べられた。そして、各高度の気温などの詳しいデータは1853年に「哲学紀要（Philosophical Transactions）」に発表された。本の8-1-1「気温減率の定式化の試み」で述べたように、この観測データからケルビン卿（ウィリアム・トムソン）の大気減率の理論が現実と合わないことがわかり、それが修正されるきっかけとなった。

グレーシャー

本の8-4-1「有人気球による大気観測」で述べた1862年9月5日のイギリスの気象学者グレーシャー（James Glaisher）らによる気球による高層気象観測時に起こった事件（詳しくは「嵐の正体にせまった科学者たち」（丸善出版）の第3章参照）などによって、高空では呼吸のために酸素が必要になることがわかった。それ以降も、彼は1862～1868年におよそ30回の飛行を行った。彼の観測目的は、大気の温度と湿度状態の決定、水銀気圧計とアネロイド気圧計の比較、大気電気の状態とオゾン試験紙による酸素状態の決定などだった。また研究の付随的な目的として、大気の構成、雲の形と厚さ、大気の気流、音響的な現象の観測などもあった（Rotch, 1900）。ただ、グレーシャーは換気装置付きの温度計があったにもかかわらず、実験の結果不要と考えて換気装置付きの温度計を使わなかった（Rotch, 1900）。

その後、フランスでは化学者で気象学者でもあったティサンディエ（Gaston Tissandier）や天文学者のフラマリオン（Camille Flammarion）などが有人気球で高層気象観測を行った。1875年4月15日にティサンディエらが行った高層気象観測は、高度8500 mに達したが酸素不足やひどい揺れなどにより、彼はかろうじて助かったものの同乗した2人が死亡した（Rotch, 1900）。当時は携帯できる酸素ボンベや調圧器はなく、酸素を持って行ってもそこで十分に機能するとは限らなかった。

この後、有人気球を使った高層気象観測はいくつかの例外を除いて、1890年代まであまり行われなくなった。また、高層気象観測（4）で述べるように、ゴンドラによる下層空気の持ち上げ、上昇速度に対する測定器応答の時間差、強い日射の影響などで、観測された値もあまり信頼できないものがあった。なお、グレーシャー、フラマリオン、ティサンディエは、有人気球による気象観測の状況などを「Travels in the Air」という本にスケッチ入りで残している。

フラマリオンが観測した月の暈
 (Night of 14-15 July, 1867)「Travels in the Air」より

また当時、無人の紙製の測風気球（pilot balloon）をつかって風向・風速を測ることも行われた。気球を複数のセオドライト（経緯儀）で三角測量を行って追跡することによって、高度と風向・風速を測定した。ただ、昼間の晴天時しか観測できなかった（ランプを搭載して夜間観測が行われることもあった）。また雲の上になったり、放球地点から離れ過ぎると追跡できなかった（Hoinka, 1997）。

1891年にはフランスのボンバレ（M. Bonvallet）がアミアンからはがき付きの測風気球を97個の放球し、気球60個の落下位置を調査したこともあった（Rotch, 1900）。また、ゆっくり燃える導火線に複数のはがきを結わえて、飛行の途中で一定時間毎に落下させて、拾った人に送ってもらうことによって、はがきの回収地点から気球の航跡をたどる方法も使われた。無人気球に自記測定器を搭載して、気温の鉛直分布の観測を行うことはまだできなかった。

（つづく）

参照文献

• Hoinka-1997-The tropopause: discovery, definition and demarcation, Meteorol. Zeitschrift, N.F. 6, 281-303
• Rotch-1900-The international aeronautical congress at Berlin. - Mon. Wea. Rev. 30, 356-362.