私たちが普段目にする「気温」や「降水量」などのデータは、日本全国に張り巡らされた観測網によって測定されています。試験では、機械の仕組みと設置のルールが細かく問われます。その多くが気象庁HPの気象観測ガイドブックから出題されます。
1. 観測の種類とネットワーク
大きく分けて、無人の「アメダス」と、有人（または高機能な無人化）の「気象官署」の2種類があります。
| 名称 | 正式名称 | 特徴 | 観測要素 |
| アメダス | 地域気象観測システム (AMeDAS) | 全国約1,300か所。 無人で運用。 | 降水量、風、気温、日照 （※雪国は積雪も） （※全地点で4要素あるわけではない） |
| 気象官署 | 気象台など | 約150か所。 より詳細な観測を行う。 | 上記に加え、気圧、湿度、視程、雲、天気など |
2. 観測機器と測定原理
それぞれの要素を「何で」「どうやって」測っているかを覚えましょう。
① 風向・風速
測器の種類
| 種類 | 特徴 |
| 風車型風速計 （アメダスの標準） | 飛行機のようなプロペラと尾翼がついた形。風向と風速を同時に測れる。強風にも強い。 |
| 超音波式風向風速計 | 音波の伝播速度が風速によって変化することを利用する。弱い風速を精度良く測定可能。 |
| 風杯（ふうはい）型風速計 | お椀が3〜4個回るタイプ。風速のみ測れる。風向は測れない。風速が大きいと誤差が生じる |
設置と観測の注意点
- 高さ: 地上 10m が世界気象機関 (WMO) の標準。
- 距離: 周囲の障害物から、その障害物の高さの 10倍以上 離すのが理想。屋上に設置する場合も、屋根から十分な高さをとる。
定義
- 風向: アメダスでは風が吹いてくる方向を16方位で測定。風速が 0.2m/s 以下 の場合は 「静穏 」 とし、風向はなし（表記は0.0m/s）。
- 平均風速: 発表時刻の 前10分間 の平均。
- 瞬間風速: 0.25秒間隔 の測定値を 3秒間（12個） 平均したもの。
風の強さと階級：ビューフォートと藤田スケール
風向風速計で測られた数値（m/s）は、その影響力や被害の程度を直感的に伝えるために、いくつかの「階級」に換算して表現されることがあります。
1. ビューフォート風力階級 (Beaufort Scale)
風速（前10分間平均）を 0〜12 の 13段階 に分けたものです。
気象庁の風力階級もこれに基づいており、天気図の等圧線の間隔から風の強さを読み取る際や、海上予報などで使われます。
- 定義: 地上10mの平均風速に対応。
- 試験ポイント: 階級「0」から始まることに注意。
| 風力 | 平均風速 (m/s) | 陸上の様子（目安） | 海上の様子（目安） |
| 0 | 0.0 〜 0.2 | 煙がまっすぐ昇る。 | 水面は鏡のように静か。 |
| 1 | 0.3 〜 1.5 | 煙がなびく。 | さざ波が立つ。 |
| 2 | 1.6 〜 3.3 | 顔に風を感じる。木の葉が揺れる。 | – |
| 3 | 3.4 〜 5.4 | 木の葉や小枝が絶えず動く。 | – |
| 4 | 5.5 〜 7.9 | 砂埃が立ち、紙片が舞う。 | 白波が増える。 |
| 5 | 8.0 〜 10.7 | 葉の茂った灌木が揺れる。 | 波頭が砕けて飛沫になる。 |
| 6 | 10.8 〜 13.8 | 木の大枝が動く。傘がさしにくい。 | 大きな波が立ち始める。 |
| 7 | 13.9 〜 17.1 | 木全体が揺れる。風に向かって歩きにくい。 | – |
| 8 | 17.2 〜 20.7 | 小枝が折れる。風に向かって歩けない。 | – |
| 9 | 20.8 〜 24.4 | 屋根瓦が飛ぶ。人家に被害が出る。 | – |
| 10 | 24.5 〜 28.4 | 木が根こそぎ倒れる。相当な被害。 | – |
| 11 | 28.5 〜 32.6 | めったに起こらない。広範囲の被害。 | – |
| 12 | 32.7 以上 | 被害が甚大。 | 波飛沫で視界が閉ざされる。 |
2. 藤田スケール (Fujita Scale) と 日本版改良藤田スケール (JEFスケール)
主に竜巻やダウンバーストなどの突風により発生した「被害の状況」から、その風速（3秒間平均（瞬間風速））を推定する尺度です。
かつては世界共通の「Fスケール」が使われていましたが、日本の木造建築への被害実態に合わせるため、2016年からは「日本版改良藤田スケール（JEFスケール）」が運用されています。
- 定義: 被害状況から推定される最大瞬間風速（3秒平均）。
- 目的: 観測機器がない場所で竜巻が発生した際に、その強さを客観的に記録するため。
| 階級 | 推定風速 (m/s)※3秒平均 | 被害の目安（代表的な被害） |
| JEF0 | 15 〜 25 | 木の枝が折れる。看板が傾く。 |
| JEF1 | 25 〜 38 | 木造住宅の屋根瓦が飛ぶ。窓ガラスが割れる。 |
| JEF2 | 39 〜 52 | 木造住宅の屋根がはがれる。プレハブ小屋が壊れる。 電柱が折れる。 |
| JEF3 | 53 〜 66 | 木造住宅が倒壊・半壊する。鉄骨倉庫が変形する。 |
| JEF4 | 67 〜 80 | 木造住宅が跡形もなく壊れる。鉄筋コンクリートが損壊する。 |
| JEF5 | 81 以上 | 鉄筋コンクリートの建物も破壊される。 |
② 気温
測器の種類
現在は電気式が主流ですが、原理の違いを理解しておきましょう。
| 種類 | 原理・特徴 | 試験のポイント |
| 白金抵抗温度計 （アメダスの標準） | 金属（白金）の電気抵抗が、温度によって変化する性質を利用。温度が上がると抵抗値が上がる。 | 精度が高く、経年変化が少ない。遠隔測定に適している。 |
| ガラス製温度計 | 液体の熱膨張を利用。 | 昔の標準。現在はバックアップや検定用。水銀は-30℃以下で凝固するため、寒冷地ではアルコールを使う。 |
| バイメタル式 | 熱膨張率の違う2枚の金属板を貼り合わせたもの。 | 精度は劣るが、電源不要で連続記録（自記温度計）ができるため、簡易観測に使われる。 |
設置と観測の注意点
- 通風筒: 現在は百葉箱ではなく、強制的にファンで風を送る「通風筒」の中にセンサーを入れます。
- 目的: 直射日光（放射）を遮り、かつ空気を滞留させないため（日射があると実際の気温より高く出てしまうのを防ぐ）。
- 高さ: 地上 1.5m。（地上から通風筒の下部までの高さ）
- これより低いと地表面の温度の影響を強く受け、高いと実態と離れるため。
- 場所：ひなたに設置。建物や排気の影響のないところに設置する。
定義
気温を0.1℃単位で測定している。
③ 降水量
測器の種類
- 転倒ます型雨量計: 0.5mmの雨が溜まるごとに「ます」が左右に倒れる回数をカウントする。
- 寒冷地仕様: 寒冷地に設置されているものは、ヒーターが付いており、雪を溶かして水にしてから測る（温水式）。これを「降水量」として扱う。
- 注意点: 微量の雨やの場合受け口が濡れてもすぐに蒸発し、降水を観測できないことがある。
設置と観測の注意点
- 場所：水はねや浸水のおそれがない場所に設置。
- 距離：建物や樹木などから離して設置する。建物の屋上では、端から少なくとも1m以上離す。
定義
- 単位: mm。
- 時間: 「前1時間降水量」とは、正時までの1時間の積算値。
④ 湿度
測器の種類と原理
| 種類 | 原理・特徴 | 試験のポイント |
| 電気式湿度計 （アメダスの標準） | 高分子膜が湿気を吸うと、静電容量（電気を蓄える力）が変化する性質を利用。 | 気温計と同じ通風筒の中に設置される。応答速度が速い。 |
| 乾湿計 （通風乾湿球湿度計） | 乾球（気温）と湿球（濡らしたガーゼの温度）の差（乾湿差）から算出。 | 「スプランの式」を使って計算する。湿球は水が蒸発して熱を奪うため、乾球より温度が低くなる（湿度が低いほど差が開く）。氷点下では管理が難しい。 |
定義
- 相対湿度 (%): その気温における飽和水蒸気圧に対する、現在の水蒸気圧の割合。
- 実効湿度: 木材の乾燥度合いを表す指数。数日間の湿度の履歴を重み付けして計算し、火災注意報などの基準に使われる。
⑤ 気圧
測器の種類
| 種類 | 原理 |
| 電気式気圧計 （アメダスの標準） | 内部のセンサー（円筒振動式や静電容量式）が圧力変化で振動数や容量を変えることを利用。 |
| アネロイド気圧計 | 内部を真空にした金属製の箱（空盒）が、気圧でペコペコ凹んだり膨らんだりする動きを利用。 |
| 水銀気圧計 | 真空のガラス管内の水銀柱の高さで均衡する圧力（トリチェリの原理）。 |
設置と観測の注意点
- 設置: 風の影響（動圧）や温度変化を避けるため、屋内の気圧計室や、直射日光の当たらない部屋に設置する。
- 海面更正: 地上気圧（現地気圧）に、観測所の標高分の気圧を足して、海面（0m）の値に直すこと。
- 計算には「空気の密度（＝気温）」が必要。気温が低いほど空気は重いので、足す分（補正値）は大きくなる。
⑥ 日照時間と全天日射量
混同しやすい2つの概念です。現在では、気象官署・特別地域気象観測所を除く地域気象観測所では、気象衛星等のデータを基に日照時間を推定していますが、測器を用いて直接測定することも可能です。
| 項目 | 定義 | 測器 |
| 日照時間 | 直達日射量が 120 $W/m^2$ 以上 の時間。 （影ができる強さ） | 回転式日照計（鏡で光を反射させてセンサーで検知）や、太陽電池式など。 |
| 全天日射量 | 空全体（太陽＋空）から届く熱エネルギーの総量。 単位: $MJ/m^2$ や $kW/m^2$ | 全天日射計（熱電対を利用して、入ってくる熱量を電圧に変える）。ガラスドームで覆われている。 |
⑦ 積雪の深さ
測器
| 測器 | 原理 |
| レーザー式積雪計 | 上から雪面にレーザーを当て、反射して戻る時間で距離（雪面までの高さ）を測る。 |
| 超音波式積雪計 | 音波の反射を利用するが、風や気温の影響を受けやすいため、レーザー式が主流になりつつある。 |
設置の注意
- 設置：観測場所はコンクリートなどを敷かず、芝生などの自然な状態とする。
- 距離：構造物から距離を離して設置する。
定義
- 単位：cm単位で雪、あられ、雹の深さを測定。
- 積雪0cmは観測地点周囲の地面の半分以上を雪やあられが覆った状態
- 積雪なしは雪やあられが全くない状態
- 6月から８月の雹などについては積雪としない。
⑧ 視程
観測方法
- 目視観測: 観測員が、距離のわかっている目標物（山や建物）が見えるかどうかで判断する。
- 視程計（前方散乱式）: 投光部から光を出し、空気中の粒子（霧や煙）に当たって少し前方に散乱した光を受光部でキャッチする。
- 散乱光が強いほど、粒子が多い＝視程が悪い。
- 散乱光が弱いほど、粒子が少ない＝視程が良い。
3. 観測データの「値」の定義
「いつの値をその時間の値とするか」は試験でよく出る引っ掛けポイントです。
| 要素 | データの定義（毎正時の値） | 例（12時の値） |
| 気温・気圧 | 瞬間値（実際は1分未満の平均） | 12:00 ちょうどの値 |
| 風 | 前10分間の平均値 | 11:50〜12:00 の平均 |
| 降水量・日照 | 前1時間の積算値 | 11:00〜12:00 の合計 |
試験のポイント:
- 「12時の降水量」とは、通常11:00から12:00までの1時間に降った雨の量を言います。
- 「12時の風速」とは、通常11:50から12:00までの平均風速を言います。
