大気境界層における炭酸ガス軸送の測定

土 壌 の物 理 性
第6 5 号
p .3 ∼ 9 (19 9 2 )
極二 二重 ]
大 気 境 界 層 に お け る炭 酸 ガ ス輸 送 の 測 定
大
滝
英
治
M easurem en ts of T u rbulemt T ran 叩Ort Of C arbo n D ioxide
in th e A tm o sp h e ric B o u n d a ry L a y er
E iji O H T A K I
F a cu lty o f G e n e ra l E d u c a tio n ,O k a y a m a U n iv e r sit y
S um m ary
T h e fa st r esp o n se in s tru m e n t d e sig n ed to m e a su re s im u lta n eo u s flu c tu a tio n s o f c a rb o n
d i o x i d e
a n d w a t e
V a p O r is d e sc r ib e d・T h e m e a su rin g fre q u e n c y w a s 3 0 H z .T h e se n s in g p a th le n g th o f th e in str u m e n t w a s 2 0 c m .
T h is is c o m p a tib le w itb th e p a th len g th o f th e sta n d a r d t y p e o f a so n ic a n e m o m e te r .T h e n o is e le v el w a s a b o u t
O・8 pp m for carbo n diox ide m ea surem en t and ab out O .
02 g /kg for w ater v ap or m easurem ent.T he cospectru m
e st im a te o f ca rb o n d io x id e a n d v e rtica l w in d v e lo c ity sh o w e d th a t th e h ig h fre q u e n c y lo ss d u e to s m o o th in g
e ffect of sensi咽 path length w as about2 %for諦 m easurem ent.T his denotes thatthe presentinstrum ent is
p ro m isin g f o r f lu x m e a s u r em e n ts o f c a rb o n d io x id e b y th e e d d y c o rr e la tio n te c h n iq u e in c o n ju n c tio n w ith a
S O n ic
a n e m o m e t e r .
T h e c a rb o n d io x id e f lu x m e a su re d b y th e e d d y c o r re la tio n te c h n iq u e s h o w e d a w e ll d e fin e d d iu rn a l v a ria tio n
O V er
a
p a d d y
f i e l d
c h a r a c t e r i z e d
b y
t h e
n e g a t i v e
v a l u e s i n
n ighttim e・ Exam ination of the stability dependency of eddy diffusivities for carbon dioxide(&)
,SenSible heat
( 凡)
,and m om entum(払 )show ed that the ratio 凡収=is unity,butthe ratio &凧 increases w ith increasing
i n sta b ilit y o f th e a ir la y e r a s a fu n c tio n o f (1 −1 6 z 仏 )
川.
K e y w o「d s :C a rb o n d io x id e ,E d d y c o rre la t io n
(S o il P h y s .C o n d .P la n t G ro w th ,J p n リ 65 ,3 − 9 ,1 9 9 2 )
1 .は
じ め
に
散係 数 を エ ネ ル ギ ー 収 支 の 関 係 か ら求 め る 熟 収 支 法 も 開
発さ れ ,炭 酸 ガ ス 輸 送 量 の 測 定 に 使 用 さ れ て い る・7,
6 8)
。し
大 気境 界 層 での 炭 酸ガ スの 輸送 量 を気 象 学 的方 法 で最
かし, H u b e r も 指 摘 して い る よ う に , 運 動 量 輸 送 や 熱 輸
初に 測 定 し た の は H u b e r で あ る 。彼 は ,工 業 用 の 赤 外 線
送に 対 す る拡 散 係 数 が 炭 酸 ガ ス 輸 送 の 場 合 に 適 用 さ れ る
ガス 分 析 計 (U R A S ) を 使 っ て 芝 生 上 5 cm と 5 m の 2 高
かど う か は 未 定 の 問 題 で あ っ た 。 そ こ で , In o u e は 炭 酸
度の炭 酸 ガ ス濃 度 を測 定 し,昼 間 は炭 酸 ガ ス 濃度 が植 被
ガス 輸 送 量 を , 渦 相 関 法 に よ っ て 直 接 測 定 す べ き で あ る
直上 で低 く, 夜 間 は逆 に 炭 酸 ガ ス漉 度が植 被 直上 で 高 く
こと を 示 唆 し た 9)
。渦 相 関 法 に よ る炭 酸 ガ ス輸 送 量 の 測 定
なる こ と を示 し た 1)
。そ して,炭 酸 ガ ス輸送 量 が , 2 高度
には , 後 で 述 べ る よ うに , 炭 酸 ガ ス 濃 度 と風 の 鉛 直 成 分
間の炭 酸 ガ ス濃 度差 と風 速 の鉛 直分 布 か ら求 め た拡散 係
の5 H z程 度 ま で の 変 動 を 正 確 に 測 定 す る 必 要 が あ る。風
数との 積 と して 算 出 さ れ る, い わ ゆ る 空 気 力 学 的 傾 度 法
の鉛 直 成分 の 変 動量 の 測定 は, 超 音 波 風速 計 の実 用化 に
によ っ て 推 定 で き る こ と を示 し た 。 そ の 後 , 空 気 力 学 的
よっ て 解 決 さ れ た 10)
。他 方 ,炭 酸 ガ ス 濃 度 の 変 動 測 定 は ,
傾度 法 は井 上 等 の先 駆 的研 究 2)
を経 て,作 物 群 落上 での炭
空気 をサ ンプ ル す る従 来 の赤 外 線 ガ ス分 析 計 で は不 可 能
酸ガ ス 輸 送 量 の 測 定 に 広 く適 用 さ れ て い る 3】
・5)
4 。 ま た ,拡
であ り11)
,開 光 路 を持 つ 応 答 の 速 い 炭 酸 ガ ス 変 動 計 の 開 発
が必 要 で あ っ た 。
岡山 大 学 教 養部
〒7 00 岡 山 市 津 島 中 2−1−1
キー ワ ー ド :炭 酸 ガ ス , 渦 相 関 法
現 在 , 炭 酸 ガ ス 変 動 計 は 日 本 12)
, カ ナ ダ 13)
, 米 国 14)
,ソ
連15)
で 開 発 さ れ て い るが ,い ず れ の 炭 酸 ガ ス 変 動 計 の 場 合
土壌 の物 理 性
第 6 5 号 (19 9 2 )
も測 定 原 理 は 同 じ で ,炭 酸 ガ ス 分 子 が 4 .
3 ミク ロ ンの赤 外
線を 吸 収 す る 性 質 を 利 用 し て い る 。 そ こ で , こ こ で は ,
我々 が 開 発 して い る 炭 酸 ガ ス 変 動 計 の 概 要 を 紹 介 し, 続
‘■1
いて , 炭 酸 ガ ス 変 動 計 を 使 っ て 測 定 した 大 気 中 で の 炭 酸
ガス濃 度 変 動 の特 性や 乱 流 輸送 の特 性 につ いて紹 介 す る。
D C
m o lo r
P r 0 8 m P.
2 .炭 酸 ガ ス変 動 計 と しての 必 要要 件
Pb
S
●
d ● †● C
開 発 当 初 , 渦 相 関 法 に 適 用 す る炭 酸 ガ ス 変 動 計 は , 次
†o
r
のよ う な 要 件 を満 た す 必 要 が あ る と考 え た 。
1 )大 気 中の 炭酸 ガ ス濃 度 は,作 物群 落 上 で は約 3 0 0p p m
で あ り,そ の 変 動 成 分 は 数 p p m で あ る 18)
。こ の た め ,炭
酸 ガ ス変 動 計 の分 解 能 は 1 pp m よ りよ くなけ れ ば な ら
F lll e r
な い。
2 ) 渦相 関 法 で は炭 酸 ガス 輸送 量
げ ) は次 式 で与 え ら
M e q 5urm e n l
C 8ち
P( ‖ h
I
れ る。
l● ∩ 与
2 0 cm
F = ぴ′
c′
= 上 ご〝c ひC( 乃) d 乃
(1 )
こ こで , 紺 は風 速 の鉛 直 成 分, C は炭 酸 ガ ス濃 度 で あ
る 。 ’は 平 均 値 か らの 変 動 量 を 意 味 し,
− は 測定 時 間 に
っ い て の 平 均 値 を 意 味 し て い る。 ま た , C ぴ(
。 乃) は
と c の コ スペ ク トル 密 度 で あ り, 批
と 伽
紺
、\ C o rq m lc
は炭 酸 ガ
h ● q I 亡 r
ス の乱 流 輸 送 に寄 与 して い る下 限 お よび 上 限 の周 波 数
で あ る。顕 熟 や 潜 熱 の 乱 流 輸 送 の 場 合 ,乃L = 0 .
001 H z,
乃〟=5 H z 程 度 な の で 17)
,炭 酸 ガ ス の 場 合 も 同 様 に考 え ,
図一 1
F ig . 1
c a rb o n
0.
00 1 H z か ら 5 H z程 度 の 炭 酸 ガ ス の 濃 度 変 動 を 正 確 に
炭 酸 ガ ス変 動 計 の光 学 系
0 p t o・m e C h a n ic a l
d e ta ils
o f
f a s t
r e s p o n s
d i o x i d e i n s t r u m e n t
測 定 す る必 要 が あ る。
3 ) 測 定 感 部 で の 空 間 平 均 の 影 響 を 少 な〈 す る た め に ,
C01
S 一勺叫 I
測 定 感 部 の 長 さ は 20 cm 程 度 が 望 ま しい 。 2 0 cm の 光 路 長
は標 準 型 の超 音 波 風 速計 の スパ ン長 と同 じで あ る。
H ▲
0
軒
きIt n □ l
3 ,炭 酸 ガ ス 変動 計 の 概要
CロI
H.
q
図 1 は , 以 上 の よ うな 要 件 を 満 た す よ うに 設 計 し た ,
F ■r .
CO. 1 ● 柑
叫O l ■r O
月H .t ■ r O
炭 酸 ガ ス変 動 計 の光 学 計 で あ る。 この炭 酸 ガ ス変動 計 で
は, 炭 酸 ガ ス と水蒸 気 の 濃 度 変動 が 同時 に測 定 で きる。
約 1 ,0 0 0 K に 熟 し た セ ラ ミ ッ ク ヒー ター か ら放 射 され た 赤
外 線 は , フ ッ化 カ ル シ ウ ム レ ン ズ に よ っ て 平 行 光 線 に さ
れ, 20。
m の 閃光 路 に 射 出 さ れて い る。 開 光路 内 に存 在 す
図− 2
F ig・ 2
炭 酸 ガ ス 変 動 計 の 電 気 系 ブ ロ ッ ク図
E le c tr o n ic
b l o c k
d i a g r a m
c a rb o n d io x id e in stru m e n t
る炭 酸 ガ ス 分 子 に よ っ て 吸 収 さ れ た 赤 外 線 は , 別 の フ ッ
化 カ ル シ ウ ム レ ン ズ で − 10 ℃ に 電 子 冷 却 さ れ て い る 赤 外
外線 を分 光 す る 干 渉 フ ィ ル ター が 固 定 さ れ て い る 。 そ れ
検 出 器 (P b S e ) 上 に 集 光 さ れ て い る。 P b S e 検 出 器 の 直
ぞれ の フ ィ ル タ ー を透 過 し た 信 号 は , 光 反 射 型 の ホ トセ
前 に は ,3 0 H z で 回 転 して い る チ ョ ッ パ ー デ ィ ス クが あ る 0
ンサ ー を 使 っ て サ ン プ ル ホ ー ル ドさ れ る 。
こ の チ ョ ッパ ー デ ィ ス ク に は , 炭 酸 ガ ス と水 蒸 気 の 固 有
吸 収 帯 の 赤 外 線 を分 光 す る 干 渉 フ ィル タ ー と参 照 用 の 赤
図 2 は , サ ン プ ル ホ ー ル ドさ れ た 炭 酸 ガ ス と水 蒸 気 浪
度の 信 号 が A /D
変 換 き れ, デ ジ タル演 算 さ れ て, 最 終
o f
f a s t
報文 :大 気境 界層 に お け る炭酸 ガ ス輸 送 の測 定
段階 で 再 び D /
A
変 換 さ れ て い る 電 気 系 ブ ロ ッ ク図 を示
変化 が 甘 や
r
の 変 化 と逆 位 相 に な っ て い る こ と も注 目
し て い る 。 こ こ で の 注 目 は 演 算 プ ロ セ ッ サ (A P U ) の 働
され る。 これ らの 変化 は, 水稲 群 落が 炭 酸 ガ ス の吸 収 源
き で あ る 。 炭 酸 ガ ス と水 蒸 気 濃 度 の 変 化 を線 形 の 信 号 に
と し て 働 き, 顕 熱 や 潜 然 の 湧 源 と して 働 い て い る こ と を
変換 す る た め に ,
A P U で割 算 と対数 演 算 が実 行 されて い
示して い る。 更 に , C の 変 化 に は , 短 周 期 の 乱 流 変 動 に
る。 こ の 演 算 プ ロ セ ッ サ ー の 採 用 に よ り, 炭 酸 ガ ス と水
加えて ,2 0 − 3 0秒 周期 の 鋸 歯状 型 の変 化 が重 ね 合 わ さっ
蒸気 濃 度 の 広 い 範 囲 に わ た る 変 化 に 対 し て , リニ ア な 出
てい る よ う に 見 え る 。 も ち ろ ん , 鋸 歯 状 型 の 変 化 は 甘や
力信 号 が 得 ら れ る よ う に な り, 雑 音 レ ベ ル を 著 し く低 下
r の 記 録 に も 認 め られ る 。 こ の よ う な 変 化 は , 水 稲 群 落
させ る こ とが で き た 。 変 動 計 の 雑 音 は , 炭 酸 ガ ス 変 動 計
上で ,対 流 性 の 7 0 リ ュ ー ム が 存 在 18)し て い る こ と を示 し て
として は約 0 .
8 p p m ,水 蒸 気 変 動 計 と して は 約 0 .0 2 g k g −1
いる 。
であ る。
図 4 は , モ ニ タ ー 記 録 で 示 し た 8 月 17 日1 2 時 3 0 分 か ら
1 2 時 4 5 分 ま で の 15 分 間 の ひ と c の 変 動 値 を 使 用 し て 算
4 .炭酸 ガス輸 送 l の測 定 例
出し た コ ス ペ ク トル , 乃C ぴ。
( 乃)
, を周 波数
( 乃)の 関 数 と
して プ ロ ッ ト し て い る 。 乃C ぴ(
。 乃 )曲 線 は 測 定 さ れ た 全 周
図 3 は 1 9 8 9年 8 月 17 日, 岡 山 大 学 農 学 部 附 属 八 浜 農 場
波数 帯 で負 の成 分 を有 し, 炭 酸 ガ スが 大 気 か ら水稲 群 落
の水稲 群 落 上 で測 定 した風 の鉛 直 成分 (紺)
, 気 温 (r )
,
の方 に 鉛 直 下 向 き に 輸 送 さ れ て い る こ と を 示 し て い る 。
炭酸 ガ ス (c ), 水 蒸 気 (仔)乱 流 変 動 の 典 型 的 な モ ニ タ ー
炭酸 ガ ス の 輸 送 に 最 も大 き な 寄 与 を して い る 周 波 数 は 0 .1
記銀 を 示 し て い る 。 ひ が 上 向 きの 時 , C は 低 下 し , ひ が
から0 .
2 H z の 領 域 で あ る 。炭 酸 ガ ス 輸 送 に 寄 与 し て い る 下
下向 き の 時 , C が 増 加 し て い る こ とが 分 か る 。 ま た ,C の
限の 周 波 数 乃エ は 解 析 時 間 の 長 さ に よ っ て 決 ま る が , 図
A u q , 17 . 1 9 8 9
㌦ EN
き
ト
U●
U
の
M唱 ℡ と の の
■●
■
∈
⊂r
P
の
1 2 さO
12 5 5
12 4 0
1 2 ヰ5
t2 5 0
T lm e
図− 3
水稲 群 落 上 で の炭 酸 ガ ス (c )
, 風 速 の鉛 直 成 分 (抑), 気 温 (r )
, 水 蒸 気 (す) の モニ ター 記 銀
例
F ig・ 3
T y p ic a l r ec o rd s o f tu rb u le n t flu c tu a tio n s o f c a r b o n d io x id e (c ),V e rt ic a l w in d v e lo c ity (紗),
te m p e r a tu r e (r )
,a n d w a te r v a p o r(ヴ)
,m e a Su re d o v e r p a d d y 鮎 1d o n A u g u s t 1 7 ,19 8 9
ほ 5 5
土 壌 の物 理 性
第 65 号 (19 92)
n
z
0
0 .1
■一
︳ ●
S ∈ ○∈
﹂0
20
30
40
5
0
O.
O 1
H
︵三
り事 U u
図− 4
1 9 8 9 年 8 月 1 7 日1 2 時 3 0 分 − 12 時 4 5 分 に 水 稲 群 落 上 で 測 定 さ れ た 炭 酸 ガ ス と風 速 の 鉛 直 成 分 と の
コ ス ペ ク トル
F ig . 4
C o sp e c tr a l e stim a te
o f c a rb o n
d io x id e
a n d v e r t i c a l w i n d
S p e c tra l c a lcu la tio n w a s m a d e u sin g d a ta o b ta in e d fr o m
v e l o c i t y
1 2 :3 0 − 1 2 :45・ A u g u st 1 7・ 1 9 8 9
に示 し た 値 を 外 挿 す る と,0 .0 0 2 H z 程 度 で あ る 。ま た ,炭
=3 7 0 W m −2 と い う値 は ,約 0 .5 m m h  ̄1の 蒸 発 散 に 相 当 し て
酸ガ ス 輸 送 に 寄 与 し て い る上 限 の 周 波 数 伽 は 2 H z 程 度
いる 。ス且 が 終 日正 の 値 を 示 し て い る が , こ れ は ,圃 場 が
であ る 。 こ れ ら の 上
濯漑 水 で 覆 わ れ て い る こ と に よ っ て い る 。
下 限周 波数 の 値 は ,炭 酸 ガス変 動
計の 必 要 要 件 の とこ ろ で 検 討 し て い た 周 波 数 の 範 囲 内 で
固 定 さ れ る炭 酸 ガ ス 量 は 水 稲 群 落 の 生 育 ス テ ー ジ に よ
って 異 な る 。 図 6 は , 岡 山 大 学 農 学 部 附 属 八 浜 農 場 で 測
ある 。
今 回 使 用 し た 炭 酸 ガ ス 変 動 計 と超 音 波 風 速 計 は 2 0 cm の
定し た 水 稲 群 落 が 1 日に 固 定 し た 炭 酸 ガ ス の 季 節 変 化 を
測定 ス パ ン を 有 して い る の で , 高 周 波 数 の 炭 酸 ガ ス の 濃
示し て い る 。 固 定 さ れ る 炭 酸 ガ ス 量 は , 田 植 後 , 徐 々 に
度変 動 と風 速 の 変 動 成 分 は 平 滑 さ れ る。 こ の 平 滑 化 に よ
増加 し て , 出 穂 期 の 8 月 下 旬 に 最 大 と な る 。 そ の 値 は ,
る 影 響 は , 炭 酸 ガ ス の 場 合 は S ilv e rm a n 19)
が 与 え た表 を
4 m g /cm 2 で あ る。 9 月 以 降 ,固 定 さ れ る 炭 酸 ガ ス 量 は 急 速
使っ て 算 出 で き , 風 速 の 場 合 は K a im a l 等 20)
が 与 え た表
に低 下 し ,収 穫 直 前 の 1 0 月 下 旬 に は ほ と ん ど ゼ ロ とな る8
を 使 っ て 算 出 す る こ とが で き る。 図 4 の
の コ
固定 さ れ る炭 酸 ガ ス 量 の 季 節 変 化 を考 慮 す れ ば , 田 植 え
ス ペ ク トル で は , 高 周 波 領 域 で の 過 少 評 価 量 は 約 2 % で
から収 穫 に 至 る ま で に , 水 稲 群 落 は 約 2 8 ト ン の 炭 酸 ガ ス
あ っ た 。 こ の 測 定 誤 差 は 実 質 的 に は 無 視 で き る大 き さ で
を 固 定 した こ とが わ か る。
抑
と
C
あ り, 炭 酸 ガ ス 変 動 計 と超 音 波 風 速 計 と を 組 み 合 わ せ て
使 用 す れ ば , 炭 酸 ガ ス 輸 送 量 が ほ ぼ 正 し く測 定 で き る と
渦相 関 法 で炭 酸 ガ スの輸 送 量 が 測 定 で きれ ば, 炭 酸 ガ
ス に 対 す る 拡 散 係 数 , & =石 7才 /
(△ C /△z )
, を計算 す る
こ とが で き, 熱 や運 動 量 に 対 す る拡 散 係数 (品 , & )の
考 えて よい 。
図 5 は , 1 9 8 9 年 8 月 1 7 日 か ら1 8 日 に か け て , 渦 相 関 法
で測 定 され た炭 酸 ガ ス の乱 流 輸送 量(F )と純 放 射(肋 ),
顕 熱 (〟 ), 潜 熱 (八方)の 時 間 変 化 を 示 し て い る 。 夜 間 F
値と比 較 す る こ と が で き る 。 そ れ に は , デ ー タ が た く さ
ん蓄 積 され て い る, 以下 に示 す無 次元 勾 配 と呼ば れ て い
る パ ラ メ ー ター を 用 い る の が 好 都 合 で あ る 。
は 正 で , 炭 酸 ガ ス が 上 向 き に 輸 送 さ れ て し−る こ と を 示 し
¢。=( 由 /
c *)
・(△ C /△ z )
て い る 。 観 測 時 に は , 水 田 圃 場 は 約 10 cm の 潅 漑 水 で 覆 わ
¢ん=(々z け *)
・
(△ 刀 △z )
¢m =(鮎 /〟*)
・(△ 抑 △z )
れ て い たの で , こ の上 向 きの炭 酸 ガ ス輸 送 量 は水 稲 群 落
の 呼 吸 の 強 さ を示 し て い る 。 日 出 後 , ダ は 負 と な r), 炭
酸 ガ スが下 向 きに輸 送 され
水稲 群 落 に 固定 され て い る
こ とを示 して い る。群 落 が 固 定す る炭 酸 ガ ス量 は ,正 午
頃 最 大 と な り, そ の 値 は 約 − 1 .3m g m ▼2s−1で あ る 。 こ の 値
ター と呼 ば れ , そ れ ぞ れ 次 の よ う に 定 義 さ れ て い る 0
“*
=∨
扇
は
尺乃 の 約 5 0 % で あ る 。 ま た , 正 午 頃 の
;
c*
=
一紺 ′
c ′/
加 * ; T
*=
一紺 ′T
′/㍑ *
苑 /K 力= ¢力
付。
ま ス且 と 比 べ る と 非 常 に 小 さ く,水 稲 群 落 上
& /K 椚= ¢椚佃 。
で は , 熱 が 主 と し て 潜 熱 の 形 で 輸 送 さ れ て い る こ とが 分
か る 。 スg
は勾配を
拡散 係 数 と 無 次 元 勾 配 の 定 義 式 か ら 次 の 関 係 式 を 得 る 。
は 水 稲 群 落 の 生 育 ス テ ー ジ で 異 な る。
昼 間,別
こ こ で , 々 は カ ル マ ン 定 数 (0 .4 ), Z = ノ訂 云
表 す 高 度 で あ る 。 以*, C *, r * は ス ケ ー lトン グ パ ラ メー
八方
従っ て , 凡
と 凡
あ るい は 範
と g ∽の 関 係 を知 るに は
o v e r
p a
報文 :大気 境 界 層 にお け る炭 酸 ガ ス輸 送 の 測定
10 0 0
800
R n
600
●l
■∈
400
き
軸
200
ヤH
0
−20 0
A ug.
け
A u g .18
2 2
0
8 10
12
14
16 h
0.
5
︻ ■
S
0
0
∈
︳ ■
−0 .5
ひ−
ヒ
一l
.5
−2 .
0
図− 5
水稲 群 落 上 で の炭 酸 ガ ス (F )
, 純 放射 (月乃), 顕 熱 (〟 ),潜 然 (月旦) 輸 送量 の 時 間変 化
F ig ・ 5
T i m e v a r ia t io n o f v e r t ic a l f l u x e s o f c a r b o n d i o x id e (F ),1a t e n t h e a t (月旦 ),S e n S ib le h e a t (〝 九
a n d n e t r a d i a t i o n (丘 乃) 0 V e r p a d d y
f ie ld
00 0
旧
5
∈。 エU
¢ご と ¢ん あ る い は ¢。 と ¢ m の 関 係 を 知 れ ば よ い 。 ¢力 と
¢m
につ い て は,D y er
and
Hicksは,モニオン・オブ
5
0 0 00 0
コフの 大気 安 定度 のパ ラ メー ター を z仏
とす る と,
¢九=(1 − 16 z 仏 ) ̄1/
2
.宅
ヰ
¢m =(1 − 16 z 仏 ) ̄1/
4
P
5
2
で 表 わ せ る こ と を 示 し た 21)
。 ¢。 と z 仏
の関 係 を知 る た
﹂
−
めに , 上 で 示 し た 式 か ら ¢。の 値 を 算 出 し, 之仏
に対 し
て7 0ロ ッ ト し た( 図 7 )。 プ ロ ッ ト さ れ た 値 は , Z 仏 の 狭
い領 域 に 限 ら れ て い る が , 図 中 の 曲 線 ,
(ト 16 z 止 )
」1′
2に
l 10
20
1
J un
図− 6
10
20
J
山
1
A
10
=
2 0
g
水稲 群 落 上 で測 定 した 1
量 と草 高 の季 節 変 化
■■
1
10
2 0
1
S ep†
IO
2 0
さO
よ く合 っ て い る。 こ の こ と は , 炭 酸 ガ ス の 無 次 元 勾 配 が
O c†
温度 の 無 次 元 勾 配 と 同 じ関 数 形 で 表 さ れ , 風 の 無 次 元 勾
配と は 少 し 異 な っ た 関 数 関 係 に あ る こ とを 意 味 し て い る 。
日当 りの 炭 酸 ガ ス 固 定
拡散 係 数 の 関 係 に 直 す と次 の よ う に 書 け る 。
:1 98 9 年 の 渦相 関法 に よる測 定値
凡 =凡
⊂ コ :空気 力 学 的傾 度 法 と熟収 支 法 に よ る測定
&=
(1 −16z仏)
1/
4・ 机
値7)
F ig・ 6
つま り, 炭 酸 ガ ス の 拡 散 係 数 は ス カ ラ ー 量 で あ る 熟 輸 送
S e a s o n a l v a ria tio n o f d a y tim e flu x o f c a rb o n
d io x id e o v e r p a d d y fie ld ,a n d p a d d y h e ig h t.
S o lid
b a r s i n d i c a t e
d a t a
e d d y c o rre la tio n te c h n iq u e in 1 98 9 ;O p e n b a rs
in d ic a te
d a t a
m e a s u r e d
h e a t b a la n ce te c h n iq u e s in 1 9 6 9
の拡 散 係 数 を 使 っ て 代 用 す る こ とが で き る が , ベ ク トル
量で
m あ
e る運
a s 動u 量rのe拡 d散 係 数
b で
y 代用
t すh る
e ときに は安 定度 に
よる補 正 が 必 要 で あ る 。 実 際 の 野 外 観 測 で よ く経 験 す る
a e 大気
r oの不
d y安 n定 度
a m之仏i =c − 1 aの場
n 合
d に は, & が 払
にも な り 得 る こ と を 示 し て い る 。
の2倍
土壌 の物 理 性
第 65 号 (1992)
D tsc h .B o t.G es リ 63 ,5 2− 6 3 (19 50 ).
l.
0
●
2 ) 井上栄一, 谷
●
信 輝 , 今 井 和 彦 , 磯 恥 舐 之 :麦 畑 にお
●○
0.
8
○
0 .ヰ
け る炭 素 同化 作 用 の 空 気 力 学 的 測 定 ,農 巣 気 象 ,1 3,12 1
○
− 1 2 5 (1 9 5 8 ).
0.
6
も
「 U臥
3 )
●○
L em
o n , E .
R ∴
P h o t o s y n th e s is u n d e r f i e l d c o n d ト
○
●
tio n s . Ⅰ
Ⅰ.A n a er o d y n a m ic m eth o d fo r d e te rm in in g
th e
0 .
2
t u r b u l e n t
c a r b o n
d i o x i d e
e x c h a
a tm o sp h e re a n d a c o r n fie ld .A g ro n・ J・,5 2 ,6 97 − 7 03
( 1 9 6 0 ).
0
0 .O 1
0 .
0 01
4 ) M on te ith ,J.
L .:M e as u rem en t a n d in terp r eta tio n o f
0 .1
c a r b o n d io x i d e f lu x e s in th e f ie ld .N e t h .J .A g r i c .S c i.
,
−Z /L
1 0 ,3 3 4 − 3 4 6 (1 9 6 2 ).
5 )
図一 7
炭 酸 ガ スの 無 次 元勾 配 の安 定 依 存性 。 図 中の 曲
線 は 安 定 度 の 関 数 (1 − 1 6 之仏 )
 ̄1′
2 である
○ :19 8 2 年 8 月 13 日 の ソ ル ガ ム 群 落 上 で の 測 定
6 )
e n sio n a l
g r a d ie n t
¢c
for
7 )
stab ility pa ram eter z仏 .S olid lin e represents
o v e r
a
f i e l d
d i o x i d e
o v e r
o f
p a d d y
c a r ・
f i e l d s
e s
empiricalrelationship:¢。=(1
− 16 之仏 ) ̄1′
2.s o lid c ir c le s in d ic a t e d a ta m e a −
su r e d o v e r p a d d y fie ld o n A u g u st 3 1 to
m e a su re d o v e r so rg h u m
a p p r o a c h . B e r . O h a r a I n s t . 1 a n d
O k a y a m a U n iv .
,t6 ,7 9− 9 2 ( 19 74 ).
S e p −
te m b e r l,1 98 2 ,a n d o p e n c irc le s in d ic a te d a ta
8)
U c h ij im a , Z . a n d Udagawa,T∴Carbon dioxide
e n v ir o n m en t
f i e l d o f A u g u s t 1 3 ,
a n d
C O 2 − t r a n S p O r t
a b o v e
crop canopies− M easurem entsandsimulation ̄
1982
M o n si,M .a n d S a e k i,T .
(e d .
)E c坤 妙 s わJ卿
.お わ
f i e l
o f s u g a r b e e t . Q u a r t
S eo ,T .a n d O h ta k i,E .:A tm os p h er ic flu x
bon
b a la n ce
4
r i c e
Soc.
,8 6 ,2 0 5 − 2 1 4 (1 9 6 0 ).
carbon
d io x id e a s a fu n c tio n o f th e M o n in −
O b uk hov
th e
o f
M o n teith ,J.
L .a n d S ze ic z,G .:T h e ca rb o n d io x id e
flu x
値
o n −d im
p h o t o s y n t h e s i s
如軌 U niv.
T okyo Press,152−159(1978)
の 測定 値
N
t h e
S a e k i,T .
(e d .
)E c坤 妙 5わ J喝 ツ 〆 ク加 わ 印 形≠
ゐgf才
c ♪和 血 c 一
● :19 8 2 年 8 月 3 1 日− 9 月 1 日の 水 稲 群 落 上 で
F ig . 7
Y ab u k i,K .a n d A o k i,M ∴ T h e effec t of w in d s p ee d
on
〆 ♪ゐ∂わ一
町乃肋e如 ♪和 d ㍑C如 妙 ,U n iv .T o k y o Press,129−139
り に
(1 9 7 8 ).
大 気 中 の 炭 酸 ガ ス の 収 支 を解 明 す る 直 接 的 な 方 法 は ,
9 )
In o u e, E .:T u rb u le n t
f l u c t u a t i o n s i n
炭酸 ガ スの大 気一 海洋 , 大 気一 植 物 間 の輸 送 量 を測定
C O 2 C On C en tr a tio n o v er th e v eg e ta te d field ・
s Y o sh id a ・
す る こ とで あ る。 この よ う な研究 目的 に 応 え るた め に炭
K .
(e d .
)5 f〟d 才
g 5 0 乃 O c βα乃曙 ,
1 珍 妙 ,U n iv .T o k y o
酸 ガ ス 変 動 計 の 開 発 が 行 わ れ て い る 。 し か し, 現 在 の 炭
2 3 2 − 2 3 7 (1 9 6 4 ).
酸 ガ ス変動 計 は, 渦 相 関法 に適用 す るセ ンサー として の
必 要 要 件 を か ろ う じて 満 た し て い る に す ぎ か
−。 ド リフ
トの減 少 , 測 定感 度 の 増加 等炭 酸 ガ ス変 動 計 は改 良 す べ
1 0 ) M its uta , Y .:S on ic
P r ess,
a n e m o m e t e r ・ t h e r m o m e t e
g e n e r a l u s e .J .M e t .S o c .J a p a n ,4 4 ,1 2 − 2 4 (1 9 6 6 )・
1 1) D esja rd in s,R .
L .a n d L e m o n ,E .
R .:L im ita tio n s o f
き 問 題 を 多 く残 し て い る 。 炭 酸 ガ ス の 乱 流 輸 送 量 を 正 確
a n ed d y −
CO r re la tio n tech n iq u e for th e d e te rm in a tio n
に測 るため に,上 の よ うな 基本 的 な 問題 の改 善 は も とよ
of
り, 大 気 の 流 れ 場 を乱 さ な い , 全 天 候 型 の 炭 酸 ガ ス 変 動
B o u n d ar y・L a y e r M et.
,5 ,4 75 叫 48 8 (19 74 )・
12 )
計 の 完 成 を め ぎ して努 力 して い きた い。
t h e
c a r b o n
d i o x i d e
a n d
w a ter
m e a s u r e m e n t
o f
c a r b o n
v a p o r ・ B o u n d a r y − L a y e r
( 1 9 8 2 ).
1 )
H u b er , B .:R e g istrieru n g
B ere c h n u n g
des
CO2−Stromes
uber
d e s
1 3) B ra c h ,E .
J リ D e sja r d in s,R .
L .a n d S tA m o u r,G・T・ :
C O 2 − G e f よ 1 1 e s
u n d
Pflanzengeselト
s ch a ften m itte ls U ltra r o t−A b s o rp tio n ss ch re ib e ・
r B e r・
s e n s i b
O h ta k i, E . a n d Matsui,T∴Infrared device for
sim u lta n e ou s
参 考 文 献
a t m o s p
O p en p a th C O 2 a n a ly ser .J.P h y s・ E・ S c ・
i In stru m ・,14,
1 4 1 5 − 1 4 1 9 (1 9 8 1 ).
d i
M e t り
報文 :大 気 境 界 層 にお け る炭 酸 ガ ス輸 送 の 測定
14
)
A
n
d
e
r s o
n
, D
・E
り
V
e r
E d d y co rre la tio n
and
m
a
, S
.
B
.a
n
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R
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s e n
b
e r g
, N
,
J
. :
s e n s i b l e
h e a t
f l u x e s
B ou n d a ry・L a y er M etリ2 9,2 63 − 2 72 (19 84 ).
th e freq u en c y s p ec tr a o f tu rb u len t C O 2 flu ctu a tio n s in
th e a tm os p h eric su rfa ce la y er .Iz v estiy a ,A tm os .a n d
c
e a
n
. P
h
y
s リ
2
0 , 5
0
2 −
5
0 6
(1 9
8
paddy
o f i t s
a tro n −
eddy
On
S ilv e rm a n , B・A ∴ T h e e ffec t o f sp a tia l a v e ra g in g
S p e C t r u m
e S t i m a t i o n . J . A p p l . M e
( 1 9 6 8 ).
D e riv lng
p O W e r
S p e C t r a
f i e l d ( 1 ) . B e r . O h a r a I n s t 2.1)
1 aD y
n e dr,
wA・
.
J .aBn di Ho icl k s.,B
A .
J リH ic k s ,B 且
J.
C .and Haugen,D.A∴
f r o m
f l u x o v SO
e nr ic an
a em o m e ter .J .A p p l.M et.
,7 ,8 27 − 83 7 (1 968 ).
O kayam a U niv.
,略 89−110(1972).
1 7) D y町
1 9)
2 0) K aim al,J.
C.
,W ynga弛
4 ) .
1 6 ) O h ta k i,E・ a n d S e o ,T ∴ M ea su re m e n t of g ra d ie n t
O f c a rb o n d iox id e a n d es tim a tio n
o v e CrO n V eaCtiv ec prlu mo ep a n ds a u d ur s tf d ae v cil.
eJ .A
. p p l.M etり 9,
6 1 2 − 6 2 0 (1 9 7 0 ).
1 5 ) E lag in a ,L .
G .an d L a za re v ,A .
Ⅰ.:M ea s u re m en ts o f
O
M etリ 6 ,4 08 − 413 (19 67 ).
m e a s u r e m e n t s o f C O 2 , 11 8a) t Ke a nim ta l,
h J.
e C a.an
t d B u sin g e r,J .
A ∴ C a se stu d ie s o f a
且 :F lu x 瑠ra d ie n t re la tio n ・
S h ip s in th e c o n sta n t flu x la y e r.Q u a rt,J .R o y .M et,
a n d K in 乱 K .
M ∴ T h e flu x .
S o c リ 9 8 ,7 1 5 − 7 2 1 (1 9 7 0 ).
A re v ise d a p p ro a ch to th e m e a su r em en t o f
f l u x e s i n
t h e l o w e r
a t m o s p h e r e − . J . A p p l .
(受 稿 年 月 日 19 91 年 1 2 月 2 日)
a
t h r