0.1℃の挑戦：WMO準拠の温度センサーへの熱影響

気候変動の追跡、洪水の評価、氷河後退の監視、航空機の着陸に関する重要な意思決定など、あらゆる場面で気温データが重要な役割を果たします。気温は、湿度、気圧、風向など、大気や環境の様々な条件に直接影響を与えます。正確な気温測定は、リアルタイムの意思決定だけでなく、長期的な気候監視や科学研究にも不可欠です。

しかし、ここに落とし穴があります。現在、世界中で使用されているさまざまな温度センサーによって不一致が生じており、データの正確性、信頼性、比較可能性に関して疑問が生じています。

このブログ記事では、世界気象機関 (WMO) の温度基準について説明し、これらのガイドラインに準拠するためのエンジニアリング上の課題について説明し、要件を満たすか上回る実証済みのソリューションを紹介して、世界中の温度センサーのベンチマークを高めます。 

課題：WMOの気温勧告を満たす

国連の世界気象機関（WMO）は、温度センサーを含む様々な環境・気候センサーに関する勧告を策定しました。歴史的に、WMOの温度基準を満たす、あるいは上回ろうとすると、技術的な課題と非常に高いコストが伴いました。幸いなことに、近年の技術進歩により、WMOに準拠した計測が可能になり、アクセスしやすく、手頃な価格になりました。

WMO コンプライアンス基準はなぜ重要なのでしょうか?

正確な気温データは、幅広い測定システム、意思決定、そして政策立案プロセスの基盤となります。地球規模の気候が変化し続ける中、気候科学の発展は、標準化され、追跡可能で、信頼性が高く、正確な高品質なデータに依存しています。

残念ながら、世界中で気象・気候データ用のセンサーの仕様は大きく異なっており、一貫性のないデータから一貫性があり比較可能な数値モデルを作成することはほぼ不可能です。より優れた予測モデルには、より優れたデータが必要です。

高品質なモデルに供給するための高品質なデータが世界的に求められているため、WMOは環境監視システムに関する厳格なガイドラインを制定しました。しかし、市販されている多くの温度センサーは、これらの基準を満たすのに苦労しています。

長年にわたり、幅広い気温と風速範囲において、低い測定不確かさと短い時定数を両立できる温度センサーを見つけることは事実上不可能でした。そのため、研究者たちはWMOの性能期待値、つまりより良いデータを通じて公共の利益に貢献するという基準を満たすソリューションを模索していました。

WMOのガイドラインへの準拠はすべての地域で義務付けられているわけではありませんが、WMOの勧告は気温測定の品質におけるベンチマークとして広く認められています。これらのガイドラインは、気温データの正確性、信頼性、比較可能性、そして科学的堅牢性を確保するための統一基準を策定するための、世界規模の協力的な取り組みを表しています。

WMO コンプライアンス基準 ( WMO-No. 8 ¹に記載されており、この記事の後半で要約されています) は、いくつかの理由で重要です。

• 精度とトレーサビリティ– WMO準拠のセンサーは、精度、安定性、校正トレーサビリティに関する厳格な推奨事項を満たしています。これにより、特に過酷な条件下での測定の不確実性が低減されます。
• 地球規模のデータ比較可能性– WMOの標準規格は、世界中で測定されたデータの比較可能性と一貫性を確保します。標準化手法とセンサー仕様がなければ、ある観測所の気温データが他の観測所と整合しない可能性があり、地域的または地球規模の傾向を評価することが困難になります。
• 気候・気象記録の品質管理– 気候の理解、モデルの検証、政策立案の支援などに用いられる長期気候データセットは、高品質で標準化された観測データに依存しています。WMOの基準への準拠は、これらの記録の完全性と信頼性を確保するのに役立ちます。
• 現実世界の条件に合わせて設計– WMO 標準では、実験室条件だけでなく、環境耐久性を確保するために実際の展開要因が考慮されています。

結局のところ、WMOのコンプライアンスは単なるラベル表示にとどまりません。測定が最も重要となる場面において、耐久性、信頼性、そして精度を確保することが重要なのです。

WMO 準拠の温度センサーに関する技術的な推奨事項は何ですか?

WMOの基準を満たすには、温度センサーはWMO-No. 8第2章に記載されている特定の基準を満たす必要があります。概要は以下のとおりです。

WMO-No.8の発表後、WMOは補足的な機器及び観測方法に関する報告書（IOM 136）を作成し、基準をさらに明確化しました。IOM 136は、気温測定の「達成可能な精度」の許容範囲を±0.2℃以下に定義しました²。可能達成可能な精度とは、外部要因を考慮した上で、高品質の機器と​​手順を用いて実際に達成できる精度を指します。

正確な温度測定の核となるのは、WMO（世界気象機関）が達成可能な精度の推奨事項を満たすか、それを上回るセンサーです。適切に管理された設置環境であっても、現実世界の様々な要因によってセンサーの小さな誤差が加わり、測定全体が±0.2℃の許容範囲を超えてしまうリスクがあります。そのため、±0.1℃の仕様を満たすかそれを上回るセンサーを慎重に選定し、特に適切な設置と高品質で互換性のある放射線シールドを使用することで、WMO IOM 136の±0.2℃の達成可能な不確かさに関する推奨事項を満たすか、それを上回る可能性が大幅に高まります。

規格に適合したセンサー

WMOの推奨値を満たす、あるいはそれを上回る手頃な価格で市販されている温度センサーを見つけることは、長年の課題でした。この課題に対処するため、Campbell ScientificはWMOの基準を満たす2つの先進的なセンサー設計、TempVue™10とTempVue™20を発表しました。

両方の TempVue モデルはスタンドアロン センサーとして WMO 規格を満たし、TempVue 10 では -80° ～ +60°C、TempVue 20 では -40° ～ +40°C の範囲で ±0.1°C の測定不確実性を実現します。これらの範囲は、地球規模の気象アプリケーションで一般的に遭遇するほぼすべての周囲気温をカバーします。

TempVueの全モデルは、国家標準規格にトレーサブルな校正済みで出荷されます。この精度レベルは、センサー本体の熱伝導率を最小限に抑えること、白金抵抗温度計（PRT）の先端を分離すること、そして放射誤差を低減するために明るい色のケーブルを採用することなど、主要なエンジニアリング上の選択によって実現されています。

「TempVueシリーズは気象グレードの温度センサーの新たな基準を打ち立てます」とCampbell Scientificのテクニカルプロダクトマネージャー、チョッド・スティーブンス氏は言う。

停滞空気中の時間定数に関するWMO基準を満たす

時定数は気温測定において重要な役割を果たします。時定数が短いほど、センサーは大気の変化に素早く反応し、パフォーマンスとデータ品質の両方が向上します。

Campbell Scientificのグローバルサイエンスプログラム・マネージャー、ダーク・ベイカー氏は次のように説明しています。「気温は、気象や気候にとって最も重要な指標の一つです。科学者やメーカーは継続的に改良に取り組んでいますが、依然として改善が必要な重要な側面が残っています。その一つが、センサーが周囲の状況の変化にどれだけ速く反応するかです。これは時定数として定量化されます。」

ベイカー氏はさらに、「現在世界中で使用されているセンサーの時定数は大きく異なります。時定数が遅いセンサーは周囲温度の変化に遅れを取り、誤差や不確実性が大きくなってしまう可能性があります。こうした時定数、誤差、不確実性の差は、観測地点、ネットワーク、そして過去のデータ間でのデータ比較をさらに複雑にします。WMOは時定数を20秒以下にすることを推奨していますが、市販されている気象・気候センサーでこの要件を満たすものはほとんどありません」と述べました。

世界中で使用されている温度センサーのほとんどは、種類（ガラス管内液体、アナログ、デジタルなど）を問わず、実際の風況においてWMOの時定数推奨値を満たす、あるいは上回ることができません。これは、特に停滞気流や弱風の条件下では、周囲環境の急激な変化を検知できないことを意味します。

「新発売の気温センサーの改良された時定数とその影響」（Burt and Baker, 2025）より。出版社の許可を得て使用しています。
グラフをクリックすると拡大表示されます。

査読済み研究論文「新発売の気温センサーの時定数の改善とその影響」 ³によると、TempVue 10は、WMOの時定数目標である20秒を満たす、あるいはそれを上回る、市販されている最初のセンサーの一つです。本研究の著者であるバート氏とベイカー氏は、TempVue 10（1.5 mm）センサーが、直径の大きいPRTチップ（3 mm、4.5 mm、6 mm）を備えた主要なスティーブンソン型センサーと比較して、時定数が大幅に短いことを実証しています。

温度センサーの基準を引き上げる

「センサープロバイダーは、基準をさらに引き上げ、0.1℃以下の気温変化を正確に測定できる基準を維持すべきです」とスティーブンス氏は述べた。正確で追跡可能かつ標準化された気候データへの需要が高まる中、WMO準拠の温度センサーの重要性は強調しすぎることはない。

研究レベルの気象観測所を構築する場合でも、長期的な環境モニタリングをサポートする場合でも、選択するセンサーは単に数値を報告するだけでなく、厳格で世界的に認められた基準を満たす必要があります。

TempVue 10と20は、高精度気象測定機能のアクセシビリティにおける新たな時代を象徴しています。実証済みの性能、校正トレーサビリティ、そしてWMOガイドラインへの準拠により、1度単位、あるいは10分の1度単位の測定でも信頼性の高い測定を実現します。

TempVue 10 Pt100 アナログ温度センサーまたはTempVue 20 Pt100 デジタル空気温度センサーの詳細をご覧ください。

クレジット: この記事には、Campbell Scientific, Inc. の Chod Stephens 氏と Dirk Ba​​ker 氏が協力しました。

参考文献

¹世界気象機関（2025年）観測機器と観測方法のガイド。https://library.wmo.int/records/item/68695-guide-to-instruments-and-methods-of-observation?offset=3.から入手可能。

² Body, D.およびKuik, F.（2021）「汎用自動気象観測所（AWS）入札仕様書」ジュネーブ：WMO。

³ Burt, SDおよびBaker, DV (2025)「新発売の気温センサーの改良された時定数とその影響」Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, e4996. 入手先：https://doi.org/10.1002/qj.4996