共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 雪の構造変化過程と誘電的・力学的性質の温度特性
研究代表者／所属 北陸大薬
研究代表者／職名 講師
研究代表者／氏名 竹井巖

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

01

 前野紀一　 北大低温研　 教授　
02 　 　 　
03 　 　 　
04 　 　 　
05 　 　 　
06 　 　 　
07 　 　 　
08 　 　 　
09 　 　 　
10 　 　 　
11 　 　 　
12 　 　 　
13 　 　 　
14 　 　 　
15 　 　 　
16 　 　 　
17 　 　 　
18 　 　 　
19 　 　 　
20 　 　 　
21 　 　 　
22 　 　 　
23 　 　 　
24 　 　 　
25 　 　 　
26 　 　 　
27 　 　 　
28 　 　 　
29
 　 　 　
30 　 　 　
31 　 　 　
32 　 　 　
33 　 　 　
34 　 　 　
35 　 　 　
36 　 　 　
37 　 　 　
38 　 　 　
39 　 　 　
40 　 　 　
41 　 　 　
42 　 　 　
43 　 　 　
44 　 　 　
45 　 　 　
46 　 　 　
47 　 　 　
48 　 　 　
49 　 　 　
50 　 　 　
51 　 　 　
52 　 　 　
53 　 　 　
54 　 　 　
55 　 　 　

研究目的 　雪の構造変化過程の機構を，雪試料の誘電的・力学的性質の時間変化および温度特性の観点から解明することを試みている．特に，これまでに判明している雪試料の電気伝導度の時間変化と温度特性を，力学的性質にも関係付けることができるかが，当該期間における本研究の具体的な目標である．
雪と氷の振動伝播速度（縦波）の温度依存性．　　
研究内容・成果 研究内容
　実験室において，雪試料の誘電的性質と力学的振動に対する伝達応答特性についての温度依存性を調べた．雪試料は，主に冬期間に採取し冷凍庫で保存していた雪および霜，破砕氷を用いて作成した．また，冬期間に金沢で採取した直後の新雪等を使用した実験も行った．誘電測定は50Hzから5MHzで，力学的振動測定は10Hzから1MHzの周波数範囲で行い，-15℃から融点直下の温度範囲で調べた．誘電測定から得られる低周波電気伝導度と，力学的振動測定における伝達応答特性とが，融点近傍におけるその温度依存性においてどのような関連性を示すかを検討した．

研究成果
　雪試料の低周波電気伝導性に-2℃付近でピークを示す特異な温度特性が存在することが明らかになっている．このことについて様々な雪試料を用いて，確認試験を行った．保存雪や霜，新雪などの結果から，試料によって電気伝導度の時間変化やピークの現れ方に違いが認められた．これらの結果は，この-2℃付近のピークが，融点近傍での雪粒子間の接触状態に強く影響を受けていることを示している．
力学的振動測定では，振動子と検出子の間に挟んだ雪試料が示す伝達応答特性を振幅と位相遅れとして観察するものであるが，試料サイズと位相から雪試料の振動伝播速度（縦波）を見積もることができた．振動伝播速度は温度上昇とともに減少し，-0.6℃付近以上で急激な減少を示すが，融点近傍に晒されるたびに-0.6℃以下での値は増加した．伝播速度は雪試料の密度と粒子間結合の発達にも強く依存することが示された．

　雪の内部構造がどのように変化するのかを直接的に伺い知ることは，現実の問題としては大変困難なことである．その意味で，雪試料の誘電特性や振動特性による観察は，内部の氷粒子接合の状態に関わる現象を異なった側面から示しているものと考えられる．今回の成果として得られた雪試料の電気伝導度と振動伝播速度の融点近傍における温度特性は，氷粒子接合の状態についての解釈で一見整合しないように見える．しかし，これを一致部分から解きほぐしていけば雪の融点近傍における複雑な構造変化過程に関してより詳しい知見をもたらす可能性がある．

Iwao Takei and Norikazu Maeno(2001), The low-frequency conductivity of snow near the melting temperature, Annals of Glaciology, 32, 14-18.
雪と氷の振動伝播速度（縦波）の温度依存性．