風速ふうそく計けい

風速ふうそく計けい（ふうそくけい）は、風速ふうそくを測はかる装置そうちである。

測候所そっこうじょや飛行場ひこうじょう、塔とう、山頂さんちょうなどに設置せっちされる。

概要がいよう

風向ふうこう

気象きしょう要素ようそとしての風ふうは、気温きおん、気圧きあつ等ひとしのようなスカラー量りょうではなく、風向ふうこうを伴ともなったベクトルとして把握はあくされなければならない。このため、実際じっさいの観測かんそく環境かんきょうにおける風速ふうそく計けいは、風向ふうこうを観測かんそくする手段しゅだんを併設へいせつあるいは内蔵ないぞうすることが多おおい。

距離きょり定数ていすう

風速ふうそく計けいは、風速ふうそくの変化へんかに対たいする応答おうとう性せいが良好りょうこうでなければならない。これは、距離きょり定数ていすうを以もって評価ひょうかされる。距離きょり定数ていすうは、風速ふうそくが0からV（m/sec）に急変きゅうへんした場合ばあいに、風速ふうそく計けいの指示しじが0から0.63Vになるまでに要ようする時間じかんをS（sec）としたときのSV（m）の値ねであり、小ちいさいほど性能せいのうが良よいことになる。

日本にっぽん

日本にっぽんでは、気象きしょう業務ぎょうむ法ほう及およびその下位かい法令ほうれいにより、公共こうきょう的てきな気象きしょう観測かんそくには、検定けんてい（気象きしょう測はか器うつわ検定けんてい）に合格ごうかくした「風ふう杯はい型がた風速ふうそく計けい」「風車かざぐるま型がた風速ふうそく計けい」「超ちょう音波おんぱ式しき風速ふうそく計けい」を用もちいることとされている。

風ふう杯はい型がた風速ふうそく計けい

風ふう杯はい型がた風速ふうそく計けい

垂直すいちょくな回転かいてん軸じくの周まわりに3ないし4個この半球はんきゅう殻から又または円錐えんすい殻からの風ふう杯はいと呼よばれる羽はねを有ゆうする垂直すいちょく軸じく風車かざぐるま型かたの感かん部ぶを有ゆうするものである。風ふう杯はいに風ふうが当あたると、凸面とつめんよりも凹面の方ほうが空気くうき抵抗ていこうが大おおきいために、凹面が押おされる方向ほうこうに軸じくが回転かいてんする。この回転かいてんを歯車はぐるま式しきの機構きこうや発電はつでん機き、フォトインタラプタを用もちいたカウンタなどで検出けんしゅつし、数値すうちや電気でんき信号しんごうに変換へんかんして表示ひょうじ・出力しゅつりょくすることによって測定そくてい値ちを得える。特とくに機械きかい式しきの機構きこうによって回転かいてん数すうを積算せきさんし、風ふう程ほど（測定そくてい時間じかん内ないにおける空気くうきの移動いどう距離きょり）を表示ひょうじする方式ほうしきのものを発明はつめい者しゃのロビンソン（イギリス人じん）にちなんでロビンソン風速ふうそく計けいと称しょうしていた。

回転かいてんの有無うむ及および回転かいてん数すうが風向ふうこうに依存いぞんしないため、風ふうの変化へんかに対たいする応答おうとう性せいが高たかいのが長所ちょうしょだが、風向ふうこうの観測かんそくには別べつに「風向ふうこう計けい」を設置せっちする必要ひつようがある。古ふるくは風ふう杯はいを4つ持もつもの（四よん杯はい式しき）が主力しゅりょくであり、かつては気象庁きしょうちょうのシンボルマークに図案ずあん化かされていたほどだが、検出けんしゅつ機構きこうが機械きかい式しきから駆動くどう負荷ふかの軽かるい電気でんき式しきのものに移行いこうするにつれて、軸じく周まわりの慣性かんせいモーメントが少すくなく応答おうとう性せいのよい三さん杯はい型がたに取とって代かわられている。

比較的ひかくてき小型こがたに製作せいさくできることから、移動いどう観測かんそく用ように手持てもち式しきにしたものや、工事こうじ現場げんば等とうの環境かんきょう測定そくていに便利べんりな三脚さんきゃく付つきのものも製品せいひん化かされている。

気象きしょう観測かんそく用ようとして許容きょようされる性能せいのうは、距離きょり定数ていすうが12m（風ふう杯はいの直径ちょっけいが5cm以下いかのとき13m）以下いか、器うつわ差さが風速ふうそく10m/s以下いかにおいて0.5m/s（風車かざぐるまの直径ちょっけいが15cm以下いかのとき1m/s）・風速ふうそく10m/s超ちょうにおいて風速ふうそくの5％（同どう10％）とされている。

風車かざぐるま型がた風速ふうそく計けい

風車かざぐるま式しき風向ふうこう風速ふうそく計けい

風車かざぐるま式しき風向ふうこう風速ふうそく計けい(横浜よこはま地方ちほう気象台きしょうだい設置せっち)

小しょう直径ちょっけいのプロペラ形がたの羽はねを持もつ水平すいへい軸じく風車かざぐるま型かたの感かん部ぶを有ゆうするものである。気象きしょう観測かんそく用ようとしては、前ぜん端はしに風車かざぐるま、後端こうたんに風見かざみ安定あんてい用ようの尾翼びよくを有ゆうする流線型りゅうせんけいの胴体どうたいからなる本体ほんたいが台座だいざを介かいして水平すいへい方向ほうこうに回転かいてんすることで風車かざぐるまを常つねに風上かざかみに向むけ、かつ風向ふうこうを同時どうじに観測かんそくできる風向ふうこう風速ふうそく計けいの形態けいたいをとるものがほとんどである。風車かざぐるまの回転かいてん数すうの検出けんしゅつは発電はつでん機き又または光ひかり電でん式しきの機構きこうによるが、回転かいてん部ぶの慣性かんせいモーメントの低ひくさによる応答おうとう性せいのよさ、経時きょうじ劣化れっかの少すくなさ、デジタル出力しゅつりょくへの適応てきおう性せいから、光ひかり電でん式しきが好このまれている。また、羽はねの材質ざいしつにはアルミ合金ごうきんやポリカーボネイトといった軽量けいりょう・高こう強度きょうどのものが用もちいられる。

日本にっぽんでは、第だい二に次じ世界せかい大戦たいせん後のちにGHQによって航空機こうくうきの研究けんきゅうが禁止きんしされた際さい、佐貫さぬき亦また男おとこらプロペラ・翼つばさ関係かんけい技術ぎじゅつの専門せんもん家かが昭和しょうわ24年ねんに光進こうじん電気でんき工業こうぎょう株式会社かぶしきがいしゃとの共同きょうどう開発かいはつで風速ふうそく計けいの開発かいはつに転てんじたことから独特どくとくの発達はったつを遂とげ、気象きしょう観測かんそくに用もちいられる風速ふうそく計けいに風車かざぐるま型がた風速ふうそく計けいの占しめる割合わりあいが世界せかいで最もっとも高たかい国くにのひとつとなっている。

気象きしょう観測かんそく用ようとして許容きょようされる性能せいのうは、距離きょり定数ていすうが8m（風車かざぐるまの直径ちょっけいが15cm以下いかのとき9m）以下いか、器うつわ差さが風速ふうそく10m/s以下いかにおいて0.5m/s（風車かざぐるまの直径ちょっけいが15cm以下いかのとき1m/s）・風速ふうそく10m/s超ちょうにおいて風速ふうそくの5％（同どう10％）、及および風向ふうこう風速ふうそく計けいにおいては風速ふうそく10m/sのとき90°の風向ふうこう変化へんかに対たいして5秒びょう以内いないに追随ついずいすることとされている。

超ちょう音波おんぱ式しき風速ふうそく計けい

音速おんそくをVs、風速ふうそくをVwとしたとき、音波おんぱは風上かざかみから風下かざしもにはVs+Vw、風下かざしもから風上かざかみにはVs-Vwの速はやさで伝播でんぱする。このことを利用りようして、向むかい合あわせに配はいした発信はっしん部ぶと受信じゅしん部ぶとの間あいだで超ちょう音波おんぱの伝播でんぱ時間じかんを測定そくていすることにより風速ふうそくを測はかることができる。
測定そくてい区間くかんが直交ちょっこうする2組くみの発信はっしん部ぶ・受信じゅしん部ぶを用もちいて（例たとえば東西とうざい・南北なんぼくの）成分せいぶんごとの測定そくていを行おこなうことにより、風かぜを風向ふうこうを含ふくむベクトルとして観測かんそくすることができる（鼓こ状じょうに配はいした3組くみを用もちいて立体りったい的てきな観測かんそくを行おこなう製品せいひんもある）。また、実際じっさいの製品せいひんでは、測定そくてい区間くかんの両りょう端はしに受信じゅしん部ぶと発信はっしん部ぶとを一体化いったいかしたものを配置はいちして往復おうふく両方りょうほうの時間じかんを測定そくていすることによって気温きおん・気圧きあつの変化へんかによる音速おんそくの変化へんかを相殺そうさいし、観測かんそく誤差ごさを抑おさえている。

外部がいぶ雑音ざつおんによる誤差ごさを生しょうじやすく、風向ふうこう・風速ふうそくの確定かくていには電算でんさん機き処理しょりが必要ひつような一方いっぽう、原理げんり上じょう、距離きょり定数ていすうが存在そんざいせず、環境かんきょう中ちゅうに機械きかい的てき作動さどう部分ぶぶんを露出ろしゅつしないことから耐たい候こう性せいに優すぐれ、また、防ぼう氷ごおり装置そうちの実装じっそうも楽らくなことから、頻繁ひんぱんな点検てんけんを行おこないにくい僻地へきちに設置せっちされることが多おおい。

気象きしょう観測かんそく用ようとして許容きょようされる器うつわ差さは、風速ふうそく6m/s以下いかにおいて0.3m/s・風速ふうそく6m/s超ちょうにおいて風速ふうそくの5％とされている。

三次元超音波風向風速計

三次元超音波風向風速計

三さん次元じげん超ちょう音波おんぱ風向ふうこう風速ふうそく計けいは超ちょう音波おんぱの送受信そうじゅしん機き2組くみを120度どの間隔かんかくで3方向ほうこうから斜ななめに備そなえる。斜ななめになった3組くみのセンサーから得えられる伝播でんぱ時間じかんの差さを演算えんざんすることで、水平すいへい方向ほうこうだけでなく上下じょうげ方向ほうこうの風速ふうそくまで測定そくていすることが可能かのうである。媒体ばいたいである空気くうきは気温きおんによって超ちょう音波おんぱの伝播でんぱ速度そくどが変かわるので、送信そうしんと受信じゅしんを双方向そうほうこうから交互こうごに行おこない、気温きおんによる差異さいを除外じょがいするように考慮こうりょされている。

その他たの風速ふうそく計けい

風ふうの動どう圧あつを利用りようするものとしては、ピトー管かんを感かんじ部ぶとするものがある。これは航空機こうくうきの速度そくど計けいと同おなじ原理げんりによるもので、古ふるくは静しずか圧あつと総そう圧あつとの差さを液えき槽そう内ないの水位すいいの変化へんかとして検出けんしゅつし、ここに浮うかべた浮子の上下動じょうげどうで記録きろくペンを駆動くどうして、ゼンマイなどの動力どうりょくで回転かいてんするドラムに巻まかれた記録きろく紙しに風速ふうそくの時とき系列けいれつを自動的じどうてきに記録きろくする、自記じき式しきのダインス式しき風速ふうそく計けいと呼よばれるものが気象きしょう観測かんそくに用もちいられていたことがある。しかし、ピトー管かんは機構きこうが繊細せんさいで、野外やがいではゴミ詰づまりによる故障こしょうを生しょうじやすいことから、現在げんざいでは風洞ふうどうの運転うんてん管理かんりや、他たの風速ふうそく計けいの検定けんてい・校正こうせいに用もちいられることが多おおい。

熱線ねっせん式しき風速ふうそく計けいは、電熱でんねつ線せんを環境かんきょう中ちゅうに露出ろしゅつさせて通電つうでんし、その発熱はつねつと風ふうによる冷却れいきゃくとが平衡へいこうしたときの温度おんどから風速ふうそくを求もとめるものである。風向ふうこうに依存いぞんしない精密せいみつな測定そくていが可能かのうではあるが、長時間ちょうじかんの連続れんぞく測定そくていに耐たえられず、また大気たいき中ちゅうの塵ちりの衝突しょうとつで簡単かんたんにセンサー部ぶが破損はそんすることから、近年きんねんは主おもに屋内おくない用ようとして用もちいられ、気象きしょう観測かんそくに使用しようされることはほとんどない。

さらに簡易かんいなものとしては、長方形ちょうほうけいのベーンの上辺うわべに軸じくを設もうけておき、これが風圧ふうあつによって傾かたむく角度かくどから風速ふうそくを求もとめる方式ほうしきのものが、理科りかの教材きょうざい等とうとして用もちいられることがある。

また、風速ふうそくを数値すうちとして求もとめるものではないが、吹流ふきながしの流ながされる方向ほうこう及および傾かたむきから風向ふうこうとおおよその風速ふうそくを測はかることも、漁船ぎょせんや航空機こうくうきの運航うんこう、スポーツ競技きょうぎ会かいの運営うんえいといった場面ばめんではよく行おこなわれている。

このほか、風かぜを観測かんそくする方法ほうほうとしては、風景ふうけいを風力ふうりょく階級かいきゅう表ひょうに照てらして観察かんさつする、気球ききゅう（ラジオゾンデ等ひとし）が風ふうに流ながされる動うごきを追跡ついせきする、ドップラー・レーダーを用もちいて降水こうすい粒子りゅうし等とうの動うごきを把握はあくする、ウインドプロファイラを用もちいるなどといったものがある。

風向ふうこう計けい

矢や羽根はね式しき風向ふうこう計けい

風向ふうこうの観測かんそくは目視もくしや測はか風ふう気球ききゅう、ラジオゾンデ等ひとしによっても行おこなうことができるが、地上ちじょう気象きしょう観測かんそくでは風見鶏かざみどりと同おなじ原理げんりを用もちいる矢や羽根はね式しきの風向ふうこう計けいが用もちいられることが多おおい。

風車かざぐるま型がた風速ふうそく計けいと一体化いったいかしているものや風ふう杯はい型がた風速ふうそく計けいに併設へいせつされるものでは、風向ふうこうが電気でんき信号しんごうとして出力しゅつりょくされるようになっている。

風速ふうそく計けいの歴史れきし

気象きしょう観測かんそくに用もちいられる風力ふうりょく計けい、風速ふうそく計けいには、圧力あつりょく風力ふうりょく計けい（風ふうによる圧力あつりょくが何なんらかの表示ひょうじ器きに観察かんさつ可能かのうな変位へんいを引ひき起おこすもの）と回転かいてん式しき風速ふうそく計けい（風ふうによって水平すいへい軸じくもしくは垂直すいちょく軸じくを回転かいてんさせ、その回転かいてん速度そくどを測はかるか回転かいてん数すうを数かぞえるもの）がある。それぞれは独立どくりつに発達はったつしていった。

圧力あつりょく風力ふうりょく計けいは、レオン・バッティスタ・アルベルティ（Leon Battista Alberti）が、1450年ねん頃ごろに初はじめて風圧ふうあつを板いたの傾かたむきで測はかる風力ふうりょく計けい（swinging-plate anemometer）を考案こうあんした。1667年ねんにロバート・フック（Robert Fooke）が風力ふうりょく計けいを作つくった。彼かれが作つくった風力ふうりょく計けいは、長方形ちょうほうけいの板いたに風ふうがあたってその強つよさに応おうじて板いたが吹ふき上あげられ、その吹ふき上あげられた角度かくどで風ふうの強つよさを知しるものだった。18世紀せいき中頃なかごろには、物理ぶつり学者がくしゃピエール・ブーゲ（Pierre Bouguer）が、バネの伸のび縮ちぢみで風圧ふうあつを測定そくていする可か搬型の風力ふうりょく計けいを作つくった。

圧力あつりょく管かんを使つかった実用じつよう的てきな風力ふうりょく計けいは、1775年ねんにイギリスの医師いしのジェームズ・リンド（James Lind）が作つくった。これはU字じ管かんのそれぞれの口くちの圧力あつりょく差さで風圧ふうあつを測定そくていするものだった。この型かたの風圧ふうあつ計けいは、1889年ねんにイギリスの気象きしょう学者がくしゃウィリアム・ダインス（William Dines）が実用じつよう的てきで精巧せいこうな風圧ふうあつ計けい（ダインス風速ふうそく計けい）に改良かいりょうした[1]。

回転かいてん式しき風速ふうそく計けいは、その発達はったつの際さいに自然しぜんと風車かざぐるまが参考さんこうにされた。ロバート・フックは自記じき気象きしょう観測かんそく装置そうち用ように、風車かざぐるまのように羽はねが風ふうに対たいして垂直すいちょくに回転かいてんする風車かざぐるま型がたの風速ふうそく計けいを開発かいはつしたが、実際じっさいには製作せいさくされなかった。この型かたの風速ふうそく計けいは風向ふうこう計けいとしても使つかえるため、近代きんだいになって発達はったつした。日本にっぽんでは1961年ねんからこのプロペラ型がた風向ふうこう風速ふうそく計けい（エーロベン）が導入どうにゅうされている 。

水平すいへいに回転かいてんさせる方式ほうしきの風速ふうそく計けいは、1673年ねんごろにフランスの時計とけい職人しょくにんだったルネ・グリエ（Rene Grillet）が開発かいはつした。彼かれの風速ふうそく計けいは水平すいへい十じゅう字じの各かく横木よこぎに4枚まいの薄板うすいたを蝶番ちょうつがいでつないだものだった。1846年ねんにアイルランドの天文学てんもんがく者しゃトーマス・ロビンソン（Thomas Robinson）は、4杯はい式しきの風ふう杯はい型がた風速ふうそく計けい（ロビンソン風速ふうそく計けい）を考案こうあんした。これは比較的ひかくてき回転かいてんが遅おそいため記録きろくのための機構きこうが簡便かんべんで済すみ、また風車かざぐるま型がたのように風向ふうこうに合あわせる必要ひつようもないため広ひろく普及ふきゅうした。ところが、19世紀せいき後半こうはんからカップの回転かいてんが風速ふうそくと合あわないという疑念ぎねんが指摘してきされ始はじめた。1926年ねんにカナダ気象きしょう局きょくの気象きしょう学者がくしゃパターソン（John Patterson）が風洞ふうどう実験じっけんから3つのカップを持もった3杯はい式しきの優位ゆうい性せいを提唱ていしょうして、以後いご3杯はい式しき風ふう杯はい型がた風速ふうそく計けいが広ひろまった。

関連かんれん項目こうもく

• 気象きしょう観測かんそく