手作り気象観測所｜天気を記録する工作の自由研究

テレビの天気予報では気温や降水量、風速などの数値が毎日発表されています。これらのデータはどうやって測っているのでしょうか。手作りの気象観測装置を作って毎日データを記録する自由研究に取り組めば、天気と数値の関係を自分の手で確かめることができます。この記事では、家庭で作れる気象観測装置の作り方、観測の方法、レポートのまとめ方を解説します。

気象観測の基礎知識

気象観測では主に以下の要素を測定します。

• 気温：空気の温度
• 湿度：空気中の水蒸気の量
• 気圧：大気の圧力
• 風向：風が吹いてくる方向
• 風速：風の強さ
• 降水量：雨や雪の量
• 雲量：空をどのくらい雲が覆っているか

すべてを正確に測るのは難しいですが、工夫次第で気温・風向・降水量は手作りの装置で観測できます。

用意する材料と道具

温度計の百葉箱（簡易版）

• 温度計（理科実験用またはデジタル温度計）：1本
• 段ボール箱（小）：1個
• 白い画用紙または白いペンキ
• 割り箸：2本
• ガムテープ

風向計

• 紙コップ：1個
• ストロー：1本
• 画鋲：1個
• 厚紙：少量
• 鉛筆（消しゴムつき）：1本
• 粘土：少量

雨量計

• ペットボトル（2リットル、円筒形のもの）：1本
• 油性ペン
• 定規
• カッターナイフ

共通の道具

• はさみ
• テープ（セロハンテープ、ガムテープ）
• 方位磁針（風向を確認するため）
• ノートまたは記録用紙
• 筆記用具
• カメラ

観測装置の作り方

温度計の百葉箱を作る

温度計を直射日光や雨から守りながら正確な気温を測るために、簡易的な百葉箱を作ります。

段ボール箱の外側に白い画用紙を貼ります。白は太陽光を反射するため、箱の中が余計に温まるのを防ぎます。箱の前面と左右の側面にカッターナイフで横長の通気口を数か所開けます。風が通ることで、箱の中の温度と外気温が等しくなるようにするためです。

箱の中に温度計を設置します。箱の底を抜くか、割り箸で底上げして、地面からの反射熱の影響を減らしましょう。

設置場所は日陰で風通しのよい場所を選びます。地面から1.2m～1.5mの高さに置くのが理想です。台やフェンスに固定しましょう。

風向計を作る

ストローの一方の端に縦の切り込みを入れ、厚紙で作った矢羽根（三角形）を差し込んで固定します。反対側の端にも切り込みを入れ、矢じり（小さな三角形）を差し込みます。

ストローの中心にバランスの取れる点を見つけ、画鋲を通して鉛筆の消しゴム部分に刺します。ストローが自由に回転することを確認してください。矢羽根のほうが面積が大きいため風を受けやすく、矢じりが風の吹いてくる方向を指します。

鉛筆を紙コップの底に通して粘土で固定し、安定した台座にします。紙コップの縁に方位（北・南・東・西）を書き込んでおくと、風向がすぐにわかります。方位磁針を使って正しい方角を合わせてから設置しましょう。

雨量計を作る

ペットボトルの上部（飲み口のある部分）をカッターナイフで切り取ります。切り取った部分を逆さまにしてペットボトルの本体にはめ込むと、漏斗（じょうご）のような形になり、雨水を集めやすくなります。

ペットボトルの側面に油性ペンで目盛りを書きます。定規を当てて、底から5mmごとに線を引きましょう。雨量はmm（ミリメートル）で記録します。

雨量計は屋外の開けた場所に置きます。屋根の下や木の下だと正確に測れません。風で倒れないように地面に少し埋めるか、重しを置いて固定しましょう。

観測の方法

毎日の観測記録

最低2週間、できれば1か月間、毎日決まった時刻に観測しましょう。朝（7時頃）と昼（12時頃）と夕方（17時頃）の3回測定するのが理想ですが、難しければ1日1回でもかまいません。

記録する項目は以下のとおりです。

• 日付と時刻
• 気温（温度計の読み取り値）
• 風向（風向計が指す方角）
• 降水量（雨量計にたまった水の量）
• 天気（晴れ、曇り、雨、雷雨など）
• 雲量（空全体を10としたとき雲が覆っている割合）
• 雲の形（わた雲、すじ雲、入道雲など）
• そのほか気づいたこと

雨量計は毎日観測後に水を捨てて、翌日の降水量を正確に測れるようにします。

観測記録表の例

日付、時刻、気温、風向、降水量、天気、雲量を列にした表を作り、毎日記入していきます。ノートに罫線を引いて表を作るか、パソコンで表計算ソフトを使うとよいでしょう。

レポートのまとめ方

1. 研究の動機と目的

「天気予報のデータがどうやって測られているか知りたかった」「自分で気象データを集めて天気の変化を調べたかった」など。

2. 予想

「気温が高い日は雲が少ないと思う」「南風の日は気温が高くなると予想する」など、気象要素どうしの関係について予想を書きましょう。

3. 材料と作り方

各観測装置の材料と作り方を写真やイラストつきで説明します。設置場所の写真も掲載しましょう。

4. 結果

観測期間のデータをすべて表にまとめて掲載します。気温の変化を折れ線グラフに、降水量を棒グラフにするのが基本的なまとめ方です。同じグラフに気温と降水量を重ねて表示すると、関係が見えやすくなります。

風向を円グラフ（風配図）にまとめるのも効果的です。観測期間中にどの方角からの風が多かったかが一目でわかります。

天気と気温の関係を散布図で示すこともできます。晴れの日・曇りの日・雨の日で気温にどのような違いがあるかを可視化しましょう。

5. 考察

「雨が降った翌日は気温が下がる傾向があった。これは雨雲が日差しを遮ることと、雨水の蒸発によって熱が奪われることが原因と考えられる。」

「観測期間中、南寄りの風が吹いた日は気温が平均より2度高かった。南風は温かい空気を運んでくるためだと考えられる。」

気象庁のデータと自分のデータを比較して、手作り装置の精度についても考察しましょう。

6. 感想とまとめ

観測を続けた大変さや、天気の変化に対する新たな気づきを書きます。「毎日観測を続けることで天気のパターンが見えてきた」「気象庁の仕事の大変さがわかった」など。

観測のコツと注意点

観測は毎日同じ時刻に行うことが重要です。時刻がばらつくとデータの比較ができなくなります。

雷のときは屋外の観測を中止してください。安全を最優先にしましょう。

温度計は直射日光が当たると正確な気温が測れません。必ず日陰に設置してください。

まとめ

手作りの気象観測装置を作り、毎日データを記録する自由研究は、天気の仕組みを数値で理解できるテーマです。温度計の百葉箱、風向計、雨量計を身近な材料で自作し、最低2週間の継続観測を行いましょう。データをグラフにまとめ、気象要素どうしの関係を考察することで、理科的な思考力が養われます。