大気圏核実験に対する放射能観測（2）

 ４. 放射能測定

　放射能の観測にはその対象や測定手法により幾種類かの観測がある。ここでは、降水降下塵の放射能観測、浮遊塵の放射能観測、放射能レーダー（放射性ガスの連続観測）、微気圧計（核爆発による大気波観測）、モニタリングポスト（大気中ガンマー線の連続観測）、放射能ゾンデ（高層大気の放射能観測）について、解説する。

４.１ 降水降下塵の放射能観測

　降水降下塵の放射能観測は、地表に降下した雪を含む降水と降下塵を集めて、放射性物質の濃度及び降下量を測定するものである。これには「定時測定」として、1日1回定期的に雨の採取が行われるものと、「定量測定」として降り始めの雨だけを採取して測定するものの2種類があった。

　定時測定は、毎日午前９時に溜まった雨水の中から100 mlを抽出して試料とし、磁製蒸発皿で加熱して濃縮した。この試料の蒸発残留物をさらに試料皿に固化させ、ＧＭ計数装置を用いてこの試料の放射性物質から出る全ベータ線を測定した。全ベータ線とは試料から放出されるベータ線量を、エネルギー区分なしに計数したものである。

  定量測定では、大気中の降水洗浄過程によって落下する放射性物質からの放射能の総量を知るために、降り始めの最初の降水量1 mmの雨（試料としては100 ml）だけを集めて、その全ベータ線を測定した。分析手法は定時測定と同じだが、降り始めの雨だけを採取するために、採取器に特殊な工夫が行われた。なお、定量測定は1963年6月で終了した。

降水採取装置
Precipitation-sample collecting system

試料の濃縮と堅固
Condensation and solidification of precipitation sample

降水中の全ベータ放射能月間降下量の経年変化図（上から札幌、東京、福岡。気象庁「放射能観測成績」より）。Bq（ベクレル）とは単位当たりの物質から放射される放射能の強さである。なお、放射能が人間に与える影響の単位にはシーベルト[Sv]が用いられる。これは同じ線源でも、そこからの距離や時間などによって異なる。
Time Series of Monthly Deposition of Gross Beta-Radioactivity in Precipitation

　これに加えて、雨水の放射化学分析のために、5か所の管区気象台で半径79.8㎝のステンレス製の大型水槽を用いて地表に降下した降水と塵が毎月1回採取された。採取された試料水は気象研究所へ送付され、そこで人体に最も影響の大きいストロンチウム90やセシウム137等の量が放射化学分析により測定された[3]。この観測地点は1977年以降、11地点に拡大された。

放射化学分析用の試料採取のための大型水盤
Large basin for chemical analysis of radioactivity  

（つづく）

参考文献（このシリーズ共通）

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Castle_Bravo
[2] Miyake（1954）The artificial radioactivity in rain water observed in Japan from May to August、 1954、 Papers in Meteorology and Geophysics、 5、 173-177.
[3] 気象庁（1975）放射能観測業務回顧、気象百年史　資料編、267-272.

大気圏核実験に対する放射能観測（1）

１.    はじめに

　1950年代から大気圏での核実験が行われなくなる1980年頃まで、日本を含む世界各地で頻繁に高濃度の放射性物質が降ってきていた。そのことは年配の方は覚えておられる方も多いと思うが、若い人は知らないあるいは実感できない方も多いのではないかと思う。

　

　東日本大震災による福島原発の事故では、放射能の怖さを改めて思い知らされた。振り返ってみると、短期的には福島原発の事故によって降下した放射能量には及ばないものの、かつてかなりの量の放射能が日本全土に長期にわたって降り続けたことがわかる。このことは、気象庁と気象研究所などが長期にわたって継続してきた観測によって明らかになっている。このシリーズではそのことを取り上げる。

 

　放射能の採取と観測は地方自治体の研究所や大学などの研究機関などでも行われたが、ここでは気象庁と気象研究所が行った観測のみを記す。なお、改めてこのシリーズの最後に記すが、気象庁の放射能観測は政府の方針により2006年に終了した。その後は環境省や各都道府県が放射能観測を継続している。

2. 背景 　

　1954年3月1日に静岡のマグロ漁船第五福竜丸が、ビキニ環礁付近の安全航行域内で、操業中に閃光と爆音と原子雲を確認した。これは、アメリカがビキニ環礁で行った当時としては最大の水爆実験（ブラボー実験：Castle Bravo）によるものだった。第五福竜丸は数時間後に核爆発によって生じた放射能を含んだ灰を浴びた。第五福竜丸が安全航行域内で被爆したのは、核爆発が事前の予想計算による6メガトンをはるかに超える15メガトンと巨大なものになったためだった。また、ロンジェラップ環礁などにも放射能を含んだ灰の想定外の降下があり、住民2万人以上が被曝した[1] 。これは、アメリカが行った核実験の中で最悪の事故となった。また、これは「成層圏準二年振動の発見」で述べたように、成層圏の風などの振る舞いを詳しく調査するきっかけにもなった。

 

ブラボー実験での核爆発の様子
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Castle_Bravo_Blast.jpg

　第五福竜丸は日本に帰港後、乗組員の中の2名は放射能症と診断された。第五福竜丸の船体に残った降灰からは著しく高い放射能が検出され、水揚げしたマグロからも放射能が検出された。放射能は、マーシャル諸島附近の海域で操業していた多くの日本漁船の漁獲物からも検出された。5月には日本各地の雨の中に放射能が検出されるようになった [2]。この放射能を含んだ雨は、米や野菜などの農作物に対する深刻な不安を日本国民に与えた。これは、核実験を非難する国際的な世論を高め、日本においても放射性物質の降下に対する対策が緊急に立てられた。

　ブラボー実験によって発生した放射性物質の広がり。等値線の単位はrad（1 rad=0.01 Gy（グレイ））https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bravo_fallout2.pngを日本語に改変

　日本学術会議は「放射能影響調査特別委員会」を設立し、1954年5月1日に第1回目の委員会が開かれた。この委員会において、当時の中央気象台長だった和達清夫は「気象官署は全国的に専用の通報網をもっていて情報の収集が迅速である。定常的なルーチン観測の継続に豊かな経験をもっている。また優れた技術者を多くかかえている」という意見を述べた。この意見が受け入れられ、中央気象台（後の気象庁）が定常的な放射能観測を引き受けることになった[3]。

　中央気象台は緊急の会議を開いて、当座は気象研究所が中心となって雨の放射能を測ることを決定した。中央気象台内では気象官署が放射能の測定を行うことは、本来の気象業務の目的から外れるので適当でないという意見も出されたが、放射性物質をトレーサーとして気象解析を行うためということで観測目的の一致をみた[3]。

 3.    観測の開始

　1954年10月には大蔵省で放射能観測の予算が認められ、気象庁での放射能観測が開始された。降水降下塵（塵に付いて地面に落下した放射性物質）の放射能観測は、1955年4月1日から全国14か所の気象官署で行われた。浮遊塵（塵に付いて空中を浮遊している放射性物質）の放射能観測は1955年11月1日から5か所の管区気象台で行われた。雨水の放射化学分析は、1958年1月から気象研究所で行われた。また海洋上の放射能観測が、気象庁の南方定点観測船と海洋気象観測船「凌風丸」で行われた[4]。

　ところが科学と技術の整理統合を図るという目的で、1956年に国務大臣を長官に据えた科学技術庁が新たに発足した。日本学術会議による勧告とは別に、科学技術庁が核実験による放射能影響調査を行政面から所管することになった。1955年12月に原子力基本法が成立したこととあわせて、1956年1月に政府に原子力委員会が発足した。同委員会は10月に「放射能調査計画要綱」を立案し、国内の各機関による放射能常時観測体制の確立を図った。そのための予算は科学技術庁が「放射能調査研究費」として、大学を除く各調査研究機関に配分した。

　1956年に中央気象台から変わった気象庁の放射能観測も、その一部は1957年度からその要綱に基づく「放射能調査実施計画」の中に位置づけられた。観測項目に科学技術庁の予算による上空の放射能、海水中の放射能、降水・落下塵の放射化学分析が加わった。このため、気象庁が業務として行う放射能観測の予算は、大蔵省から気象庁を所管する運輸省を通して配分される予算と科学技術庁から配分される予算の2本立てとなった[4]。各省庁の予算編成権は大臣が持っており、運輸省下にあった気象庁が科学技術庁の予算で行政として放射能観測を行うことは、極めて異例なことだった。

（つづく）

参考文献（シリーズ共通）

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Castle_Bravo
[2] Miyake（1954）The artificial radioactivity in rain water observed in Japan from May to August、 1954、 Papers in Meteorology and Geophysics、 5、 173-177.
[3] 気象庁（1975）放射能観測業務回顧、気象百年史　資料編、267-272.
[4] 地球環境・海洋部環境気象管理官（2006）放射能観測50年史、測候時報、73、6、気象庁、117-154.

カール＝グスタフ・ロスビーの生涯（7）数値予報と地球環境問題への取り組みとまとめ

 数値予報への貢献

　ロスビーは戦後になって、第二次世界大戦中に知られるようになったジェット気流の研究も行った。また、シカゴ大学で洗い桶（dish pan）と呼ばれた回転水槽を使った波動研究の開始にも携わった。彼は1947年に母国スウェーデンに戻った。そこで、ストックホルム大学に気象研究所を設立して、各地からボリン、エリアッセン、ヒンケルマン、ホフメラーなどの錚々たる優秀な研究者を集めて数値予報の研究を行った。ボリンは後にIPCCの初代議長にも就任している。この研究の結果、スウェーデン王国空軍気象サービスは1954年12月から世界初の現業気象予報を開始することができた（本の10-5-2 現業運用での数値予報の開始参照）。

　ジュール・チャーニー（Jule Charney）は、大気力学の定式化、数値予報への取り組みなどを通して気象学に多大な貢献を行った研究者であるが、学生時代には理論物理学を目指していた。気象や気象学には興味がなく、受けた気象学の授業にも全く関心が湧かなかった。しかし、彼はロスビー方程式を見て、初めて大気力学に興味を持って気象学の分野に入ったと言われている [1]。彼は後にロスビーと極めて親しくなり、ロスビーからさまざまな啓発を受けている。

ロスビーの肖像写真。1939年にアメリカ気象局へ移った頃。https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carl_G._A._Rossby_LCCN2016875745_(cropped).jpg

地球環境問題への取り組み

　ロスビーは気象学をもっと化学や地球物理分野に広げる必要があると考えていた。そして、大気を粒子や化学物質の運搬体とみなし、それらは地球との相互作用を通して地球規模でバランスしていると考えていた。彼は地球環境問題に警鐘を鳴らして、1950年代に二酸化炭素の増加による地球温暖化の問題にも懸念を示した [9]。また大気中の化学物質の挙動、特に酸性雨にも強い関心を示し、それらの観測、研究にも関わった [9]。そしてヨーロッパ大気化学観測網（European Air Chemistry Network）の設立にも貢献した [10]。しかし、彼は翌年1957年に心臓発作を起こして帰らぬ人となった。

まとめ

　ロスビーは、気象学の問題に対する優れた研究者であっただけでなく、航空気象のための組織を初めて立ち上げるなど、ウッズホール海洋研究所、MIT、アメリカ気象局、シカゴ大学、ストックホルム大学気象研究所などで研究所の組織化や活性化を巧みに推進した。また、彼は特定の研究場所や分野にこだわることなく、活動拠点を次々に移しながら研究分野を新しく広げていった。彼にとって地球の大気と海洋は、数メートルという細かなスケールの現象から数千キロメートルの地球規模の現象まで、隔てることのできない一つの現象として考えていたように思える。それには大気や海洋の力学も、航空気象も、総観気象学も、気象予測も、地球化学や地球環境問題も関係なかった。また同様に学究的な理論なのか、それとも実用的な技術なのかも関係なかった。

　彼はある分野で優れた業績を上げても、そこに深く関わり続けることをむしろ避けていたようにも見える。それは自分自身を活性化するためだったのかもしれない。彼は気象のあらゆることに興味を持ち続け、その広い視野に基づいて気象学の発達のために才能を発揮し続けた人物といえるだろう。

　最後にロスビーの科学者としての役割について触れておきたい。20世紀最高の哲学者の一人と言われているホセ・オルテガは、有名な著書「大衆の反逆」の中の「専門化の野蛮性」という章の中でこう述べている。（科学者とは）「思慮のある人間になるために知っていなければならぬことのうちで、特定の科学だけしか知らず、その科学のなかでも、自分が活発に研究している一握りの問題だけをよく知っているのである。」[11] オルテガは、専門家のことを「無知な知者」と呼んでいる。オルテガの指摘のように、科学者は自分の専門を深く追求するあまり、他の分野のことをほとんど知らない場合もある。

　そしてオルテガは「科学は、その発達の過程で有機的に調整されるために、ときどき再編成される必要があるからであり、それには、まえにいったように、総合の努力が要請されるからである。」[11] と述べている。科学の発展は専門分野の深化だけでは難しい。この再編成のための総合化の努力には、科学の深い知識とともにそれを広く俯瞰する能力が必要である。ロスビーはそれができる数少ない真の科学者の一人だったといえるのかもしれない。

（このシリーズ終わり。次は大気圏核実験に対する放射能観測（1） ）

Reference（このシリーズ共通）

[1] Norman Phillips-1998-Carl-Gustaf Rossby: His Times, Personality, and Actions. American Meteorological Society, Bulletin of the American Meteorological Society, 79, 1097-1112.
[2] Horace Byers-1960-Carl-Gustaf arvid Rossby 1898-1957. National Academy of Sciences.
[3] John D. Cox, （訳）堤 之智 -2013- 嵐の正体にせまった科学者たち-気象予報が現代のかたちになるまで, 丸善出版, 978-4-621-08749-7.
[4] Fleming Rodger James-2016-Inventing Atmospheric Science: Bjerknes, Rossby, Wexler, and the Foundations of Modern Meteorology. The MIT Press, 978-0262536318.
[5] M. J. Lewis-1996-C.-G. Rossby: Geostrophic Adjustment as an Outgrowth of Modeling the Gulf Stream. Bulletin of the American Meteorological Society, American Meteorological Society, 77, 2711-2718.
[6] 小倉義光-1978-気象力学通論. 東京大学出版会.
[7] 田家康-2016-異常気象で読み解く現代史. 日本経済新聞出版 978-4-532-16987-9.
[8] John Ross-2014-THE FORECAST FORD-DAY. Lyons Press.
[9] C.-G Rossby-1959-Current Problems in Meteorology. (編) Bert Bolin. The Atmosphere and the Sea in Motion, Scientific Contributions to the Rossby Memorial Volume. The Rockefeller Institute press, 9-50.
[10] John McCormick-2013-The Global Threat of Acid Pollution. Routledge, 978-0415845830.
[11] オルテガ,（訳）寺田和夫-2002-大衆の反逆,  中央公論新社（第12刷）

カール＝グスタフ・ロスビーの生涯（6）戦争時代

　ロスビーがアメリカに来た頃に気象局の片隅で知り合ったライケルデルファーは、1939年にアメリカ気象局長官となった。ライケルデルファーは、気象局の改革のためにロスビーに対して長官補佐への就任を要請した。これによってかつてロスビーを追い出した気象局の人々は、ロスビーの下で働くことになった。気象局には既に彼の片腕だったバイヤースなどがおり、彼らの協力を得てロスビーは気象局へのベルゲン学派気象学の導入のための改革を行った。これによって、アメリカ気象局においてようやく前線などを用いた気象解析が行われるようになった [8]。

　気象局改革の目途を付けたロスビーは、1941年にはシカゴ大学へ移って大気波動の研究に取り組んだ。ちょうどその頃、アメリカは第二次世界大戦に参戦した。彼は国防長官の科学顧問となり、戦時の気象技術者養成のための体制の確立や教育プログラムの作成に尽力した。その結果、軍の機関だけでなく、マサチューセッツ工科大学（MIT）、ニューヨーク大学、シカゴ大学、カリフォルニア大学ロサンジェルス校（UCLA）、カリフォルニア工科大学（Caltech）で約8000名の気象士官が養成された [3]。また彼は自ら戦地を回って、そこで起こっている気象の問題の解決に貢献しただけでなく、それまでほとんど例のなかった熱帯での戦いのために、熱帯での気象予報を改善するべくシカゴ大学がプエルトリコに熱帯気象研究所を設立するのを支援した [2]。

　ロスビーは戦地を回りながら、気象予測の戦争への重要性やそのための軍独特の体制にも関心を抱いたのかもしれない。少し変わったところで、ノルマンディ上陸作戦に関連した話がある。この大規模な上陸作戦の実施は、潮の関係で1944年６月5日からの３日間に限られていた。この作戦は凌波性のない上陸用舟艇や風に流されるパラシュート部隊を用いるために、天候に極めて敏感に依存しており、気象予報の外れは作戦の大失敗と直結していた。

　しかも大規模な軍を緻密に動かすために、予定の24時間前には作戦を実施するかどうかの決断を求められ、いったん作戦が動き出すとこの多種の軍が連携した作戦を止めることは不可能だった。上陸作戦軍司令部の元には、イギリス海軍、イギリス気象局、アメリカ陸軍航空隊という出自が異なる3つの予報チームが置かれていたが、それらの予報が同じになることは稀だった。各将軍は身近な予報チームをひいきにしており、予報を巡る事情は複雑だった。

　総司令官アイゼンハワーに対して気象予測のとりまとめを行ったのは気象士官であるドン・イェーツ（Don Yates）大佐だった。彼は激しく論争する3チームを絶妙に差配し、他の将軍たちの同意を取り付けてアイゼンハワーの決断を支援した [8]。ノルマンディ上陸作戦は紆余曲折した結果、アメリカ陸軍航空隊予報チームの6月5日は好天という予報を退けて、予定より1日遅らせて6月6日に実施された。

　結果は6月5日は強風・高波となり、とても作戦を実施できる状態ではなかった。予定通りに作戦を実施していれば、上陸作戦は大失敗になっただろうといわれている。もし作戦が失敗していれば大兵力の損失だけでなく、ドイツ軍の裏をかいたノルマンディへの奇襲上陸という企図も暴露するため、上陸地点の選定から大幅に作戦を見直す必要があった。上陸作戦が無事に成功したのは、イェーツ大佐の手腕に依るところも大きかった。そして、その彼を上陸作戦軍司令部の気象士官に推したのはロスビーだった [1]。

1944年6月5日（最初の上陸予定日）の天気図。イギリス南部からフランス・ノルマンディ地方へ比較的密な等圧線が外洋から延びており、強風が外洋から直接ノルマンディへ吹き込む状況にあったことがわかる。https://en.wikipedia.org/wiki/Sverre_Petterssen#/media/File:Ddayweather.jpg

　ロスビーは、1944年から1945年にかけてアメリカ気象学会の理事長を務めて学会を改革した。その際に、1944年にアメリカ気象学会のJournal of Meteorology誌、後のJournal of the Atmospheric Sciences誌を創刊した。また、後の1949年にはスウェーデンにおいてTellus誌も創刊している。こうやって多くの研究者の業績を残して、さらに発展させていくことにも尽力した。

（カール＝グスタフ・ロスビーの生涯（7）数値予報と地球環境問題への取り組みとまとめへとつづく）

Reference（このシリーズ共通）

[1] Norman Phillips-1998-Carl-Gustaf Rossby: His Times, Personality, and Actions. American Meteorological Society, Bulletin of the American Meteorological Society, 79, 1097-1112.
[2] Horace Byers-1960-Carl-Gustaf arvid Rossby 1898-1957. National Academy of Sciences.
[3] John D. Cox, （訳）堤 之智 -2013- 嵐の正体にせまった科学者たち-気象予報が現代のかたちになるまで, 丸善出版, 978-4-621-08749-7.
[4] Fleming Rodger James-2016-Inventing Atmospheric Science: Bjerknes, Rossby, Wexler, and the Foundations of Modern Meteorology. The MIT Press, 978-0262536318.
[5] M. J. Lewis-1996-C.-G. Rossby: Geostrophic Adjustment as an Outgrowth of Modeling the Gulf Stream. Bulletin of the American Meteorological Society, American Meteorological Society, 77, 2711-2718.
[6] 小倉義光-1978-気象力学通論. 東京大学出版会.
[7] 田家康-2016-異常気象で読み解く現代史. 日本経済新聞出版 978-4-532-16987-9.
[8] John Ross-2014-THE FORECAST FOR D-DAY. Lyons Press.

カール＝グスタフ・ロスビーの生涯（5）気象予報への貢献

　ロスビー波は、地上の気団や前線などを通して地上の気象にも影響を与えるため、その移動速度などを解析すれば数日先の天気を予測できると考えられた。そのためロスビー波の天気予報への利用が始まった。1930年代までは多くの気象学者たちは1～2日より先の気象を合理的に予測することはできないと考えていたが、ロスビー波を用いた手法は、アメリカの5日予報と1か月予報の理論的根拠となった。1940年にMITで始まった最初の現業運用の長期予報部門は、1941年にはアメリカ気象局内に設立されて、5日予報が週2回定期的に発表されるようになった。

　またロスビーは、MITにおいてイギリスの気象学者ネイピア・ショー（Napier Shaw）が20世紀初めに提唱した温位という概念の利用を提唱した。温位面は等エネルギー面でもあり、断熱下では物質は等温位面に沿って移動する。ロスビーはこの性質を利用して、水蒸気をトレーサーとする等温位面解析図を定期的に作成した。これは水蒸気輸送の解明に貢献し、気象の総観解析の重要な手段となっただけでなく、大気大循環についての重要な情報にもなった [2]。

　さらに、ロスビーは1940年に順圧浅水系における渦管伸縮の考えを使って、「渦位（potential vorticity） 」を定義し、断熱的な流れの下での渦位保存則を示した。

 d/dt((ζ+f)/h)=0

　 ここで(ζ+f)/hが渦位、ζ は相対渦度の鉛直成分、f はコリオリパラメータ、h は大気の厚さとなる。この式は、渦位が保存していると、大気が山などにぶつかって大気の厚さが変わると渦の強さが変わることを意味している。この渦位の考えは、1942年にドイツの気象学者エルテル（Hans Ertel）がより一般的な形で絶対渦度と静力学的安定度の積として定義した。

　渦位は空気塊の保存量として使えるため、それまでの温位や水蒸気量と合わせて等渦位線が大気の流跡線として使われるようになった。一般に成層圏大気は高い渦位を持っているので、成層圏性大気と対流圏性大気の区別に用いられることもある。ただ渦位分布の算出には複雑な計算が必要なため、当時はそれを広域にわたって迅速に計算するのは困難だった。電子コンピュータが発達した現代においては、等渦位線分布図が定期的に作成されて、予報などに使われている。

等温位面(315K)上の渦位分布の例（気象庁 量的予報技術資料  第19号  2014 年より）

 （カール＝グスタフ・ロスビーの生涯（6）戦争時代へとつづく）

 Reference（このシリーズ共通）
[1] Norman Phillips-1998-Carl-Gustaf Rossby: His Times, Personality, and Actions. American Meteorological Society, Bulletin of the American Meteorological Society, 79, 1097-1112.
[2] Horace Byers-1960-Carl-Gustaf arvid Rossby 1898-1957. National Academy of Sciences.