雨量計

雨量計（うりょうけい、Rain gauge）は、気象測器の一種。気象要素（観測要素）のうち雨量を観測する器械である。

日本では気象業務法及び気象測器検定規則により、公共的な気象観測には、検定に合格した貯水型雨量計又は転倒ます型式雨量計を用いることとされ（気象測器検定規則第2条参照）、これらは登録検定機関である気象業務支援センターの検定対象の気象測器とされている（気象測器検定も参照）。

種類貯水型雨量計貯水型指示雨量計と貯水型自記雨量計がある。貯水型指示雨量計受水器で雨滴を受け、測定時には受水器内の貯水ビンを取り出して、内部の雨水を雨量マス（最大測定量10ミリ、最小目盛0.1ミリ）に移して目視で測定するもの。気象庁制式の標準型雨量計は、受水口の直径が20センチで、縁（エッジ）の角度は30度、受水器の円筒部分の高さは20センチ、受水器円筒とロートとの角は145度である。貯留ビンは雨量で約80ミリまで貯留できるが、満水となった場合には容量約250ミリのバケツに貯留される仕組みになっている。貯水型自記雨量計受水器、貯水部（貯水タンク、調整筒、浮子、浮子軸支柱）、自記部（自記ペン、自記円筒時計）、排水装置（サイフォン管）、基台及び水準器で構成される。貯水タンク内に水位に従って上下する浮子が入っており、雨水が流入すると浮子の心棒に付いたペンが自記円筒時計の自記紙に雨量を記録する。自記紙の全幅は20ミリで、それに達するとサイフォンが働いて排水し、ペンがゼロ線に戻る。

気象観測用として許容される器差は、指示雨量計の場合、雨量10mm以下において0.2mm・雨量10mm超において雨量の2%。自記雨量計の場合、雨量20mm以下において0.5mm・雨量20mm超において雨量の3%である。

なお、日本の制度では、受水器を持たない雨量ますだけを用いての雨量の観測は、正規の気象測器を用いた観測とはみなされないため、防災、発表、予報業務などの公共的な目的で行ってはならないとされている。たとえ観測者を募って行う会員制のサービスであっても、観測結果を携帯サイトで公開したり、予報製品の開発に利用したりすれば、刑事罰に値する違法なものとなる。ただし、教育研究を目的とした観測、「特殊な環境によって変化した気象のみを対象とする」観測、1か月未満の臨時観測などは公共的な目的がある場合でも気象業務法の定める気象観測には当たらないため、気象庁では観測結果の公表について観測目的や観測場所、気象業務法の定める気象観測に当てはまらないことを明示すれば問題ないとの立場をとっている気象庁観測部（2018年3月）。

転倒ます型雨量計転倒ますと呼ばれるシーソーのような構造の2つの容器（枡）で構成され、一定量（一般的に降水量0.5ミリ相当）の降水が片方の枡に貯まると、シーソーが反対側に転倒して計量する動作を繰り返す。

転倒ます型雨量計には温暖地・夏期用の普通式（一般型）、降雪地用の温水式及び溢水式の計3種類がある。温水式は普通式の外筒部分に保温装置を取り付けたもので固形降水（雪、あられ等）にも対応できる。溢水式は二重構造の外筒に不凍液を満たすとともに一定に保温するもので、少量の降雪でも観測できるが、強風時には水があふれる欠点がある。

気象観測用として許容される器差は、転倒雨量（1回の転倒に必要な降水量）が0.5mmの場合、雨量20mm以下において0.5mm・雨量20mm超において雨量の3%、転倒雨量が1mmの場合、雨量40mm以下において1mm・雨量40mm超において雨量の3%である。

光学式雨量計光学式の雨量計には光学式降雨強度計と狭義の光学式雨量計がある。光学式降雨強度計コの字型の機器で受発光素子間に検知ビームを発し、雨滴が通過する際の受光量の変化を雨量として検出するもの。狭義の光学式雨量計ドーム型の機器で内部から赤外線を発し、ドーム外部に付着した雨滴量を赤外線の屈折率の変化量として捉えて雨量を検出するもの。

レーダー降雨観測

レーダーを用いて降水粒子からの電波反射を観測すると、降水の分布とその強度を求めることができる。日本の気象業務では、主に気象レーダーの低仰角時の観測データ及び国土交通省河川局・道路局が設置する降水観測用レーダーの観測データが使われる。

レーダー降雨観測は降雨状況の把握を飛躍的に向上させたが、レーダーから離れた地域や山の背後の地域では精度に問題がある。

歴史雨量計を記述した世界最古の書は、紀元前4世紀頃に古代インドのマウリヤ朝初代チャンドラグプタ王の宰相であり軍師だったカウティリア（KautilyaまたはChanakya, 紀元前350年-紀元前283年）の書いた「実利論（Arthastra）」である。当時穀物の種まきの時期を決めるために、直径約45 cmの鉢で定期的に雨量が観測された。

洪水に悩まされていた中国では、数学者である秦九韶（1202-1261）が1247年「数書九章」の中で、各地点に置かれた雨量計の値を使ってどうやって面平均値を出すかを議論した。李氏朝鮮では、1442年に第4代国王である世宗が直径14 cm、深さ30 cmの青銅製の雨量計を製作し、これが現存する最古の雨量計とされている。この雨量計を用いた観測は朝鮮で独立に発達したもので、李氏朝鮮はこれを各地方に配置することによって、世界初の組織的観測網を構築した。この観測は1907年まで宮廷に報告されたとの記録がある。

ヨーロッパで記録が残っている最古の雨量計の記述は、イタリアの水理学者ベネデット・カステッリによるもので、雨量計の水位を測定するためのものだった。イギリスでは、1662年に建築家で有名なクリストファー・レンがウェザークロック（自動気象観測装置）の一部として雨量計を設計した。これは転倒マス型で、溜まった雨が一定量になると容器が傾いて中を空にする仕組みになっていた。1677年頃にはイギリスの数学者で天文学者のリチャード・タウンリーが蒸発による誤差を減らすため漏斗型の雨量計を開発した。1695年にはロバート・フックも同様の雨量計を製作し、これはグレシャム・カレッジで数年間使われた。

イギリスの医師ウィリアム・ヘベルデンは、同じタイプの雨量計を庭と煙突の上とウェストミンスター寺院の塔の上の3か所に設置して調べたところ、庭の雨量に対して煙突の上は80%、塔の上は50%の雨量しかないことを発見した。彼は雨粒が地面に到達する数百m前から成長するため、高度が低いほど雨量が増えるのではないかと推測した。

これに対して、経済の限界効用理論を提唱したことで有名なイギリスの経済学者ウィリアム・スタンレー・ジェヴォンズは、側面がガラス製の風洞を作り、その中に雨量計を置いて煙を流して観察し、雨量計に対する風の影響の実験を行った。その結果から、1861年に高所のように風が強い場所だと雨量計自身が風を強めて雨滴が雨量計を飛び越えるため、雨量計による雨滴の補足率が下がることを発見した。これによって、雨量を測定する際に風の影響を考慮しなければならないことがはっきりした。

気象庁では、雨量観測の際には建物の屋上などを避けて風の影響がない場所を適切としており、雨量計設置場所の近くに建物がある場合にはその風の影響を避けるために少なくとも建物の高さの2倍以上、できれば4倍以上離れた場所を推奨している。

脚注

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