(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
竜巻の発生を予測する地域の地形を３次元画像化する第１ステップと、
低気圧を示す気象画像データを入手する第２ステップと、
当該入手した気象画像データを３次元画像化する第３ステップと、
当該３次元気象画像の明度差を算出し、当該算出した明度差から竜巻が発生する低気圧を検出する、第４ステップと、
前記３次元画像化した地形データを参照して前記低気圧の移動経路を解析する第５ステップと、
前記３次元画像化した地形データを参照して、前記低気圧の移動経路の前方方向に直交する方向における、前記低気圧と所定距離以内に、竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形が存在するか否かを判断し、竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形が複数存在する場合、前記低気圧との距離の短い山岳地形および／または丘陵地形を前記竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形とする第６ステップと、
前記竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形が存在する場合、前記低気圧の強さの変化を確認する第７ステップと、
前記低気圧の強さの変化の予想により竜巻の発生を予測する第８ステップと、
を有する、
竜巻発生予測方法。
【請求項２】
前記第４ステップにおいて、前記算出した明度値が最大である地域と、当該地域の近傍の明度値が低い地域との距離を算出し、前記明度差が所定以上であり、前記距離が所定以内である場合、竜巻を発生し得る低気圧として検出する、
請求項１に記載の竜巻発生予測方法。
【請求項３】
前記第４ステップにおいて、前記算出した明度差が所定以上の地域が複数存在する場合、最大の明度差を示し、前記距離が最小のとき、当該最大の明度差の地域を、低気圧の中心として検出し、
前記第５ステップにおいて、前記検出した低気圧の中心の移動履歴と予測から、前記低気圧の中心の移動経路を予測する、
請求項２に記載の竜巻発生予測方法。
【請求項４】
前記第１ステップの前記竜巻の発生を予測する地域の地形を３次元画像化する処理は、地理データを元に、事前に処理して、その結果を、記憶手段に記憶しておく処理である、  請求項１〜３のいずれかに記載の竜巻発生予測方法。
【請求項５】
前記第２ステップ〜第８ステップの処理を所定の周期で反復して、連続的に竜巻の発生を予測し、
当該竜巻発生予測方法は、前記反復処理によって得られた、低気圧の移動経路、竜巻の発生予測を出力する、第９ステップをさらに含む、
請求項１〜４のいずれかに記載の竜巻発生予測方法。
【請求項６】
竜巻の発生を予測する地域の地形を３次元画像化した地形データを記憶している、地形データ記憶手段と、
低気圧を示す気象画像データを入手する気象画像データを入手手段と、
当該入手した気象画像データを３次元画像化する気象画像データ・画像化手段と、
当該３次元気象画像の明度差を算出し、当該算出した明度差から竜巻が発生する低気圧を検出する、低気圧検出手段と、
前記３次元画像化した地形データを参照して前記低気圧の移動経路を解析する低気圧移動経路算出手段と、
前記３次元画像化した地形データを参照して、前記低気圧の移動経路の前方方向に直交する方向における、前記低気圧と所定距離以内に、竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形が存在するか否かを判断し、竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形が複数存在する場合、前記低気圧との距離の短い山岳地形および／または丘陵地形を前記竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形とする、地形確認手段と、
前記竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある山岳地形および／または丘陵地形が存在する場合、前記低気圧の強さの変化を確認する地形確認手段と、
前記低気圧の強さの変化の予想により、竜巻の発生を予測する竜巻予測手段と、
を有する、
竜巻発生予測装置。
【請求項７】
前記低気圧検出手段は、前記算出した明度値が最大である地域と、当該地域の近傍の明度値が低い地域との距離を算出し、前記明度差が所定以上であり、前記距離が所定以内であるばあい、竜巻を発生し得る低気圧として検出する、
請求項６に記載の竜巻発生予測装置。
【請求項８】
前記低気圧検出手段は、前記算出した明度差が所定以上の地域が複数存在する場合、最大の明度差を示し、前記距離が最小のとき、当該最大の明度差の地域を、低気圧の中心として検出し、
前記低気圧移動経路算出手段は、前記検出した低気圧の中心の移動履歴と予測から、前記低気圧の中心の移動経路を予測する、
請求項７に記載の竜巻発生予測装置。
【請求項９】
前記気象画像データ・画像化手段、前記低気圧検出手段、前記低気圧移動経路算出手段、前記地形確認手段、前記低気圧変化確認手段および前記竜巻予測手段は、コンピュータの演算処理手段により構成されている、
請求項６〜８のいずれかに記載の竜巻発生予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竜巻の発生を予測する方法（竜巻発生予測方法）および竜巻の発生を予測する装置（竜巻発生予測装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
気象庁のデータによれば、たとえば、図１に図解したように、1991-2008年までの期間における日本の陸上および沿岸で竜巻、突風が、508件発生したと報告されている。
季節としては７〜11月に多く発生し、時間は11時〜18時に発生することが多い。
【０００３】
竜巻の定義
竜巻について、気象庁の定義は、「激しい空気の渦巻きで、大きな積乱雲の底から漏斗状に雲が垂れ下がり、陸上では巻き上がる砂塵、海上では水柱を伴う」とされている。
気象庁のデータによれば、日本における、竜巻、ダウンバースト、ガスフロントを含めて上記突風が発生した気象要因は、（１）台風／熱帯性低気圧、（２）低気圧、（３）前線、（４）不安定、（５）気圧の谷などのその他とされている。
上述した508件の竜巻、突風のうち、竜巻と確認されたものは246件とされている。
【０００４】
我が国より竜巻の発生が多く規模も大きな米国では、たとえば、オクラホマ州、テキサス州、ミシシッピ州など多くの州で、竜巻が多く発生している。
米国では、竜巻を、多重竜巻、衛星竜巻、水上竜巻／海上竜巻／シースパウト、陸上竜巻／ランドスパウト、空中竜巻などと分類している。
【０００５】
竜巻の発生のメカニズムについては、十分解明されていない面もあるが、その一例の概要を述べる。
強い竜巻は、たとえば、図２に模式的に図解したように、「スーパーセル」または「親雲」と呼ばれる発達した積乱雲または積雲に伴って発生する。通常、発達した積乱雲で上昇気流を伴う高速の渦巻きが発生し、それが地上付近で伸びたものとされる（吉野正敏、異常気象を追う、連載エッセイ〔５〕）。
重く冷たい下降気流の部分に比べて、軽く暖かい上昇気流の部分の気圧が低くなり、上昇気流の部分を中心として、低気圧と同じ方向（北半球の低気圧は反時計回り、南半球では時計回り）に気流が渦を巻いて回転しはじめる。すると、「メソサイクロン」と呼ばれる水平距離が数ｋｍ〜数十ｋｍ程度の小規模の低気圧ができる。メソサイクロンの周囲を回転する空気には遠心力がかかり、渦の外側に引っ張られるため中心部の空気が薄くなり気圧が下がる。気圧が下がることで気圧傾斜力が働いてさらに周囲の空気を巻き込む。そして、地球の自転に伴うコリオリ力も作用するため、気圧傾度・遠心力・コリオリ力の３つの力が均衡して、低気圧として気流の循環を維持する。
【０００６】
このように、竜巻が低気圧に起因して発生することは理解されるが、竜巻による被害を未然に防止すべく、いつ、如何なる場所に、どの程度の規模の竜巻が発生するかについては、未然に、迅速に知ることが望まれている。
【０００７】
気象庁は、通常の天気予報として、上空の風や気温分布から、竜巻などの突風の発生に関連する指数を計算して予報を出している。しかしながら、その予報は、数１００ｋｍ規模の予報であり、たとえば、１００ｍ前後の規模の小さな竜巻を直接予測することは難しい。
【０００８】
また、気象庁は、降水の位置や強さの他に、風に流される降水粒子から反射される電波のドップラー効果を用いる気象ドップラーレーダーのデータを解析して、竜巻が発生する可能性の程度、１０ｋｍ格子単位で、１０分ごと１時間まで推定する「竜巻発生確度ナウキャスト」を提供している（非特許文献１）。
竜巻発生確度ナウキャストは、発生確度１、２に分類されており、気象庁は発生確度２の地域に竜巻注意情報を発表している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】気象庁、ホームページ、「竜巻発生確度ナウキャストとは」
【非特許文献２】Enokida, H.: Research on Method of Analyzing Weather Satellite Image Data by 3D Display. -Image Analysis of Tornados on Hokkaido Terrain-(in Japanese), JSEM, Vol.9,No.2(2009),40-46
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、「竜巻発生確度ナウキャスト」は、近距離でないと難しく、広範囲にわたる大きな竜巻の予測には適さない。
【００１１】
竜巻の移動速度は速いので、広範囲にわたる竜巻の予報は、非難する時間に余裕がでることから、広範囲に渡る、竜巻発生の場所、日時、規模、移動経路などを事前に予測することが望まれている。
加えて、竜巻、特に、突風は、比較的狭い領域に甚大な被害を及ぼすから、さらに、竜巻、突風の影響を受ける、比較的狭い領域（地方）における、竜巻発生の場所、日時、規模、移動経路などを事前に予測することも望まれている。
影響が直接広範囲に渡る、竜巻発生の場所、日時、規模、移動経路などを事前に予測することが望まれている。
好ましくは、上述した竜巻、突風の発生の予測を実時間で実現することが望まれている。
本発明は、上述した要望を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明者は、米国における竜巻が多発する地域に出向いて多数の竜巻について、竜巻、突風の発生を調査、分析した。
その結果、竜巻、突風発生の統一的な予測方法として、（１）気象画像の明度差と、最大明度値の地域とその近傍の低い明度値までの距離、および、（２）低気圧の移動経路の前方に存在する丘陵地形とが、竜巻の発生に大きく影響していることを見出した。
赤外気象画像の明度は温度情報を含んでおり、明度差から低気圧の目、大きさを予測することができる。
低気圧の目の移動を追跡することにより、低気圧の移動経路を把握することができる。最大明度値の地域と、その近傍の明度値の低い地域までの距離が小さいほど、低気圧は増大する。
低気圧の移動経路の前方に丘陵地形が存在すると、その丘陵地形から、図２を参照して述べた、下降気流（ダウンバースト）が影響して竜巻が発生すると考えられる。
竜巻は、低気圧の移動経路と直交する方向に発生する。北半球の低気圧は反時計回りに回転しているので、通常、竜巻は右方向に発生する。
最大明度値が所定値以上で、その近傍の明度値の低い地域までの距離が所定距離のものが竜巻、突風の発生の対象となる。
また、本明細書において、丘陵地形とは、低気圧に影響して、竜巻、突風を発生させる下流気流を生じさせる、山岳地形および／または丘陵地形を意味する。
【００１３】
米国における竜巻の研究結果を、日本の竜巻にも適用したところ、米国と同じ、竜巻、突風発生の統一的な予測方法を確認した。
以下、分析結果と竜巻発生予測方法の導出について述べる。
【００１４】
米国の例
大きな竜巻が多発する米国の例について分析した。
米国において、たとえば、2010年4月から6月初旬まで竜巻が数多く発生した。4月24日〜25日にミシシッピー州とアラバマ州で69件の竜巻が発生した。5月1日〜2日にアーカンサス州とテネシー州で42件の竜巻が発生した。5月10日〜11日にカンサス州とオクラホマ州で42件の竜巻が発生した。4月22日〜23日にコロラド州、カンサス州とテキサス州で40件、5月18日〜19日にコロラド州とテキサス州で34件の竜巻が発生している。
特に、オクラホマ州、および、オクラホマ州西南部とテキサス州北部の州境は、竜巻が非常に発生することが知られており、本願発明者がこれらの地域を現地調査して分析した結果を示す。
【００１５】
オクラホマ州の例
オクラホマ州の１例について述べる。
（１）地形
オクラホマ州は、北米大陸の中央に位置し、西部にはコロラドの山脈が有り、東部にはミシシッピー州の丘陵地帯がある。標高の低い地域で湿原も点在する。
図３（Ａ）は、オクラホマ州北西部、テキサス州北部、ニューメキシコ州東西部、コロラド州南東部、カンザス州南西部とが隣接する領域を概略的に図解した図である。
図３（Ｂ）は図３（Ａ）における線３−３、すなわち、ニューメキシコ州東西部とテキサス州北部との隣接する領域における地形の断面図を示す。横軸に始点からの距離を示し、縦軸に標高を示す。標高が７００ｍを越えており、左側、すなわち、北部のオクラホマ州西部が丘陵地形となっている。
【００１６】
図４は、１例として、2010月10日18時30分から2010月11日2時頃までのオクラホマ州における竜巻の発生地点と日時を示した図である。竜巻が局所領域に多発している。
【００１７】
赤外気象画像
図５は、オクラホマ州を中心とし、その周辺の州にかかる、各時刻における赤外気象画像の１例を示す。
画像の暗い地点は温度が高く、低気圧が発生していること、画像の白い地点は竜巻が発生していることを示す。
21時15分の画像において、中心部に白い分離した領域が明瞭になり、その白い分離した領域が、１時間後に、オクラホマ州からテキサス州の方に移動してきて、22時15分の画像において巨大になった。このとき、最大風速の竜巻が発生した。
なお、１時間後の23時15分には竜巻は無くなっている。
【００１８】
地形の３次元画像
図６はオクラホマ州の地形図を示す。
図６（Ａ）は地形標高データから作成したオクラホマ州の３Ｄ画像の１例を示し、図６（Ｂ）は平面と各断面線を示し、図６（Ｃ）〜（Ｅ）は図６（Ｂ）における断面１〜３における距離（横軸）と標高（縦軸）とを図解している。
オクラホマ州の地形はほぼ平原地であるが、図６（Ａ）に図解のとおり、西側の標高が高く、東側の標高が低い地域との標高差は1000ｍにも及ぶ。さらに、図６（Ｃ）に図解のとおり、東部の地域で標高が高い。
【００１９】
気象画像の３次元画像化、明度差
図７は、オクラホマ州の地形データに気象画像を載せて３次元画像を作成し、各時刻においてその断面を作成し、明度の高低の地点を図解した図である。
温度を示す明度は、たとえば、０〜２５５の数値で表した。
すなわち、図７（Ａ）〜（Ｃ）は、オクラホマ州における気象画像による明度の高い地点と明度の低い地点との明度の差(以下、明度差)と、明度値の高い地点とその周辺の低い地点との間の距離を示している。
【００２０】
20時15分の明度差は202-58＝144、距離は253ｋｍ、21時15分の明度差は200-60＝140、距離は225ｋｍ、22時15分の明度差は205-60＝145、距離は223ｋｍである。
20時15分のデータと、最大風速が出た22時15分のデータとを比較すると、共に竜巻の発生時刻であるが、その明度差の変化は小さいが、その距離の差は約30ｋｍ程度と短く、低気圧の勢力が増大している。
このように、明度差が一番大きく、距離が短い、22時15分頃に、最大風速の竜巻が発生している。
すなわち、ほぼ同じ明度差で、竜巻が発生する条件が同じでも、距離が短いほうが、低気圧の勢力が強く、大きな竜巻が発生しやすい。
【００２１】
低気圧と竜巻発生領域
図８は低気圧と竜巻発生領域のメカニズムを示す図である。
低気圧の進行方向右側では、進行方向に対し逆方向の抵抗風力が強くなり、竜巻が発生し易い。
丘陵地と竜巻発生領域
図９に示すように、その付近に丘陵地が有ると地形による抵抗が追加されて、低気圧の強さによっては、さらに強い竜巻が発生し易くなる。
【００２２】
低気圧の移動ルート
図１０（Ａ）は低気圧の移動ルートを概略的にプロットした図であり、図１０（Ｂ）は、低気圧の移動ルートと、竜巻の発生地点を概略的にプロットした図である。白線が低気圧の移動ルートを示し、破線が竜巻の発生地点の移動を示している。竜巻は低気圧の移動ルートと直交した方向に発生している。
図１１は図１０（Ｂ）に図解した状態を、テキサス州と隣接するオクラホマ州の地形を考慮して示した図である。右側の斜線部分が標高の高い地域を示しており、実線が低気圧の移動ルートを示し、黒丸が最大風速を生んだ竜巻の発生地点を示す。低気圧は標高の高い地域に接近すると、その進行方向と直交する方向に竜巻を発生させることが理解される。
【００２３】
以上の結果を整理すると下記になる。
第１点、赤外気象画像から得た明度は大気の温度を意味しており、明度差は温度差を意味し、低気圧の存在を示している。したがって、明度差から低気圧の存在を検出し、その低気圧の存在を追跡することにより、低気圧の移動ルートを識別することができる。
第２点、明度値が最大の地域の近傍の明度値が低い地域での距離が小さい程、低気圧の勢力が増大し、大きな竜巻が発生する。
第３点、低気圧が山岳地形および／または丘陵地形（以下、丘陵地形）に向かうと、低気圧の進行方向と直交する方向に竜巻が移動する。
第４点、発生する竜巻の規模は、低気圧の強さに依存する。
【００２４】
テキサス州の例
次いで、丘陵地のテキサス州の１例について考察する。
図１２は、2010月5月19日１時52分から2010月5月19日５時12分頃までの、テキサス州北部のアマリロ市北部で発生した竜巻を示している。
図１３は、アマリロ市を含むテキサス州とその周辺の州にかかる、各時刻における赤外気象画像の例を示す。画像の暗い地点は低気圧が発生し、画像の白い地点は竜巻が発生していることを示す。
アマリロ市が、画像が白い地点に対応しており、竜巻発生地点として示されている。
【００２５】
図１３において、アマリロ市の上空に、2時15分頃、白い分離した大きな画像が存在し、2時45分頃まで停滞し、3時15分には白い分離した大きな画像はほぼ消滅している。
この例では、2時30分前後に竜巻が集中して発生した。
【００２６】
図１４はアマリロ市の周辺の３Ｄ地形の画像を示す図である。
テキサス州の西部にはロッキー山脈があり、標高が高い。他方、テキサス州の北部は湿地帯が多く、アマリロ市の付近も標高の低い湿地帯が多い。
【００２７】
図１５は図１３の平面で、テキサス州とそれと隣接する州の境界を概略的に図解した図である。矢印は視線方向を示す。
図１６（Ａ）〜（Ｃ）は、図１４における断面１〜３における地形図である。横軸は距離を示し、縦軸は標高を示す。この断面地形は、中央が平坦で、左側に急峻な丘陵地があり、右側が傾斜して下がっている。
【００２８】
図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、アマリロ市の地形データに気象画像を載せて３Ｄ画像を作成し、各時刻においてその断面を作成し、明度の高低の地点を図解した図である。すなわち、図１７（Ａ）〜（Ｃ）は明度の高い地点と明度の低い地点との明度差と、明度値の高い地点とその周辺の明度値の低い地点との間の距離を示している。
【００２９】
1時15分の明度差は212−88＝124、距離は163ｋｍ、2時15分の明度差は212−90＝122、距離は157ｋｍ、3時15分の明度差は214−90＝124、距離は258ｋｍである。
1時15分のデータと２時15分のデータとを比較すると、共に竜巻の発生時刻であり、明度差の変化は小さい。その距離は2時15分のとき約６ｋｍと短く、低気圧の勢力が強まっている。このように、ほぼ同じ明度差で竜巻が発生する条件が同じでも、距離が短いほうが、低気圧の勢力が強く、大きな竜巻が発生しやすい。
【００３０】
図１８は、低気圧が矢印Ａの方向に進行し、竜巻が低気圧の進行方向Ａと直交する方向Ｂに移動していることを示す図である。
【００３１】
竜巻を規模の小さな台風と仮定すると、低気圧が北上する際に生じた気流がオクラホマ州の西端地域にぶつかり、そこの丘陵地形による下流気流の影響を受けて、気流の乱れが生じ、竜巻が発生したと考えることができる。
竜巻が集中して発生する時刻に近づくにつれて、赤外気象画像における明度値の高い地点と、明度値の低い地点の距離が縮まり、低気圧の勢力が強くなり、強い竜巻が発生する。
【００３２】
テキサス州の竜巻について、以上の結果を整理すると、オクラホマ州の竜巻と同様の結果になる。すなわち、
第１点、赤外気象画像から明度差から低気圧の存在の検出と、その低気圧の存在を追跡することにより、低気圧の移動ルートを識別することができる。
第２点、明度値が最大の地域に近傍の明度値が低い地域での距離が小さい程、低気圧の勢力が増大し、大きな竜巻が発生する。
第３点、低気圧が丘陵地形に向かうと、低気圧の進行方向と直交する方向に竜巻が移動する。
第４点、発生する竜巻の規模は、低気圧の強さに依存する。
【００３３】
その他の州
その他、竜巻が多発する、ミシシッピ州、アーカンサス州、アラバマ州、コロラド州、テネシー州などの州の多数の竜巻についても分析した結果は、上述したテキサス州、オクラホマ州における結果と同様であった。
【００３４】
低気圧／竜巻についての総括
以上から、竜巻の発生地点を特定することができる明確な現象を見出した。
（１）第１点、地形依存性
竜巻の発生地域の断面は、なだらかな丘陵地（または山岳地形）になっている。
低気圧の進行方向と直交する方向の右側になだらかな丘陵地（低気圧の進行方向が高い）があり、たとえば、図１８に図解のように、Ａ地点において低気圧が発生し、Ｂ方向において竜巻が発生している。すなわち、その丘陵地の斜面に平行な右方向に竜巻が発生し、移動している。
その理由は、北半球では、低気圧は反時計回りに回転しており（南半球ではその反対）、低気圧の進行方向に、丘陵地形があると、そこからの下流気流により、図２に図解したメカニズムにより、低気圧の進行方向と直交する方向に竜巻が発生する。
【００３５】
（２）第２点、竜巻の規模
発生する竜巻の規模は、上述したように、気象画像の明度差と距離に依存する。
竜巻の規模は、たとえば、Ｆスケールを適用して、予報することができる。
なお、Ｆスケールとは、シカゴ大学名誉教授藤田が提唱した、竜巻による被害の程度を示す指標であり、推定風速、相対度数、想定される被害を、Ｆ０〜Ｆ６までの７段階で区分している。たとえば、Ｆ０が比較的軽微な被害を示し、Ｆ３は重大な被害を示し、Ｆ６はもし発生したならば未曾有の超壊滅的な被害を想定している。
Ｆスケールは、風速と被害の規模を述べている。ただし、竜巻による被害は、竜巻が発生した地域の状況にもよるから、被害の程度を断定することは難しい。
竜巻は地域性があることから、過去の竜巻の結果を反映して、Ｆスケールを適用することができる。
【００３６】
日本の例
2006年11月７日に発生した北海道の竜巻は過去最大級のＦ３クラスであった。
この竜巻について分析した。
図１９は北海道の各時刻における赤外気象画像を示す。
図１９において、気象画像の黒く、温度が高い低気圧の範囲が、11時30分から13時の間に小さくなって、13時30分には佐呂間町付近で集中している。
この画像を０〜２５５の明度値で３次元化（３Ｄ化）し、北海道の地図に重ね合わせた。そして、グーグルアース（登録商標）を地形上に載せて緯度と経度を確認した。
佐呂間町付近で、13時30分に画像の黒い部分（温度が高い部分）と白い部分（温度が低い部分）の差、すなわち、画像の明度差が最大になった。画像の明度差は、このように、温度差を意味している。
竜巻が発生する低気圧を、台風の目に例えると、目が明確になるほど、低気圧の勢力が強くなっていることが判る。
【００３７】
図２０は、北海道全体と佐呂間町周辺の領域について、平面図と断面図を示す。
図２０（Ａ）は北海道全体の平面図であり、図１９（Ｂ）は佐呂間町周辺の平面図である。
図２０（Ｃ）〜（Ｅ）は、図１９（Ａ）の北海道全体における断面図１〜３である。
図２０（Ｆ）〜（Ｈ）は、図１９（Ｂ）の佐呂間町周辺における断面図４〜６である。
【００３８】
図２１は、佐呂間町の領域を中心として、地形に赤外気象画像を載せて、３次元画像を作成し、各時刻について、その断面を作成し、明度差の高低の地点を柱で表したものである。
明度の高い地点とその周辺の明度の低い地点との明度とその間の距離を示している。
12時30分と13時30分とのデータを比較すると、12時30分の明度差は、106(179-73)であり、13時30分の明度差は146(221-75)である。
その距離は、12時30分のとき26ｋｍであり、13時30分のとき15ｋｍである。13時30分のときの距離は12時30分の距離より約11ｋｍ短く、13時30分の低気圧の勢力が増大している。
【００３９】
明度差が所定以上になると、竜巻が発生しやすくなることは、米国の分析例と共通する。
米国のテキサス州、オクラホマ州の例と比較すると、距離の大きさと竜巻の規模は異なるが、佐呂間の例も距離が短いほうが低気圧の勢力が増大しており、大きな竜巻が発生することは、共通している。
また、地形に依存して竜巻が発生することも米国の分析結果と一致する。
【００４０】
図２２は、３Ｄ化した気象画像から、各時刻の最低明度値の位置を地形上に求めて、低気圧の移動経路を求めた図である。図２２（Ａ）は、最低明度値の位置を示しており、図２２（Ｂ）は，低気圧の移動経路を示している。
図２１に、たとえば、国土地理院の１ＫＭ標高データを用いて、地形を３Ｄ化して、気象画像を地形上に載せると低気圧の移動経路が判る。
【００４１】
図２３は、▲で示した佐呂間山と、下矢印が示した峡谷の周辺の標高35m 以下の地域を削除した３次元画像である。海沿いの地域の標高の低い地域が削除されている。
低気圧が、北側のサロマ湖付近を通過する際に標高の高い西側の山脈から海沿いに気流が流れ南東部に位置する佐呂間町付近の標高の高い佐呂間山にぶつかると気流が乱れ、下流気流により竜巻が発生したと考えられる。
なお、竜巻の発生地点は周囲に対して標高が低い峡谷沿いである。佐呂間山の高さは５１５ｍであり、その近くの南に標高８２９ｍの仁頃山が存在する。この状況は、図１１を参照して概要を述べた、オクラホマ州の地形に類似する。
【００４２】
このように、佐呂間町の竜巻の分析も、米国での多数の竜巻の分析結果と類似した結果となった。
本願発明者は、この結果による知見を適用して、実時間での竜巻発生予測方法に実現した。
【００４３】
本発明によれば、竜巻の発生を予測する地域の地形を３次元画像化する第１ステップと、低気圧を示す気象画像データを入手する第２ステップと、当該入手した気象画像データを３次元画像化する第３ステップと、当該３次元気象画像の明度差を算出し、当該算出した明度差から竜巻が発生する低気圧を検出する、第４ステップと、前記低気圧の移動経路を解析する第５ステップと、前記低気圧の移動経路の前方方向の前記低気圧と所定距離以内に、竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある丘陵地形が存在するか否かを確認する第６ステップと、前記低気圧と所定距離以内に前記丘陵地形が存在する場合、前記低気圧の強さの変化を確認する第７ステップと、前記低気圧の強さの変化の予想により竜巻の発生を予測する第８ステップとを有する、竜巻発生予測方法が提供される。
【００４４】
好ましくは、前記第４ステップにおいて、前記算出した明度値が最大である地域と、当該地域の近傍の明度値が低い地域との距離を算出し、前記明度差が所定以上であり、前記距離が所定以内である場合、竜巻を発生し得る低気圧として検出する。
【００４５】
また好ましくは、前記第４ステップにおいて、前記算出した明度差が所定以上の地域が複数存在する場合、最大の明度差を示し、前記距離が最小のとき、当該最大の明度差の地域を、低気圧の中心として検出し、前記第５ステップにおいて、前記検出した低気圧の中心の移動履歴と予測から、前記低気圧の中心の移動経路を予測する。
【００４６】
好ましくは、前記第１ステップの前記竜巻の発生を予測する地域の地形を３次元画像化する処理は、地理データを元に、事前に処理して、その結果を、記憶手段に記憶しておく処理である。
【００４７】
また好ましくは、前記第２ステップ〜第８ステップの処理を所定の周期で反復して、連続的に竜巻の発生を予測し、当該竜巻発生予測方法は、前記反復処理によって得られた、低気圧の移動経路、竜巻の発生予測を出力する、第９ステップをさらに含む。
【００４８】
また本発明によれば、上記竜巻発生予測方法を実施する竜巻発生予測装置が提供される。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、広範囲にわたる、竜巻発生の場所、日時、規模、移動経路などを実時間で予測することが可能である。
【００５０】
また本発明によれば、比較的狭い領域（地方）における、竜巻発生の場所、日時、規模、移動経路などを、実時間で、予測することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】日本の過去の陸上および沿岸で発生した竜巻、突風を図示した図である。
【図２】竜巻の発生のメカニズムの概要を説明する図である。
【図３】図３（Ａ）は、オクラホマ州北西部とテキサス州北部とが隣接する領域を概略的に図解した図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における線３−３における地形の断面図である。
【図４】オクラホマ州における竜巻の発生地点と日時を示した図である。
【図５】オクラホマ州を中心としその周辺の州にかかる、各時刻における赤外気象画像を示す図である。
【図６】オクラホマ州の地形図である。
【図７】オクラホマ州の地形データに気象画像を載せて３次元画像を作成し、各時刻においてその断面を作成し、明度の高低の地点を図解した図である。
【図８】低気圧と竜巻発生領域のメカニズムを示す図である。
【図９】丘陵地や竜巻発生領域を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、低気圧の移動ルートを概略的にプロットした図であり、図１０（Ｂ）は、低気圧の移動ルートと竜巻の発生地点を概略的にプロットした図である。
【図１１】図１０に図解した状態を、テキサス州と隣接するオクラホマ州の地形を考慮して示した図である。
【図１２】アマリロ市北部で発生した竜巻を示す図である。
【図１３】アマリロ市とその周辺にかかる、各時刻における赤外気象画像の例を示す図である。
【図１４】アマリロ市の周辺の３Ｄ地形の画像を示す図である。
【図１５】テキサス州とそれと隣接する州の境界を概略的に図解した図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜（Ｃ）は、図１５における断面１〜３における地形図である。
【図１７】アマリロ市の地形データに気象画像を載せて３Ｄ画像を作成し、各時刻においてその断面を作成し、明度の高低の地点を図解した図である。
【図１８】低気圧が矢印Ａの方向に進行し、竜巻が低気圧の進行方向Ａと直交する方向Ｂに移動していることを示す図である。
【図１９】北海道の各時刻における赤外気象画像を示す図である。
【図２０】北海道全体と佐呂間町周辺の領域の平面と断面図である。
【図２１】佐呂間町の領域を中心として、地形に上記赤外気象画像を載せて、３次元画像を作成し、各時刻についてその断面を作成し、明度の高低の地点を柱で表した図である。
【図２２】３Ｄ化した気象画像から、各時刻の最低明度差の位置を地形上に求めて、低気圧の移動経路を求めた図である。
【図２３】佐呂間山と、峡谷の周辺の標高35m以下の地域を削除した３次元画像である。
【図２４】本発明の実施の形態の竜巻発生予測装置の構成図である。
【図２５】本発明の実施の形態の竜巻発生予測方法の処理を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図２４、図２５を参照して、本発明の竜巻発生予測方法および竜巻発生予測装置の実施の形態を述べる。
図２４は、本発明の竜巻発生予測装置の実施の形態の構成図である。
竜巻発生予測装置１００は、気象画像データ入手手段１０２と、演算処理手段１０４と、地形データ記憶手段１０６と、予測結果出力手段１０８とを有する。
竜巻発生予測装置１００は、気象画像データ提供手段３００に接続されている。
また竜巻発生予測装置１００は、地形データ提供源２００から地形データの提供を受け、後述する処理により、地形データ記憶手段１０６に処理結果を記憶している。
竜巻発生予測装置１００は、好ましくは、コンピュータによって構成されており、演算処理手段１０４はＣＰＵ、地形データ記憶手段１０６はメモリ、好ましくは、大容量のデータが記憶可能な磁気ディスク、予測結果出力手段１０８は、たとえば、グラフィック表示装置、および／または、たとえば、インターネットなどの通信回線を介して利用者に竜巻の予測結果を出力する通信装置である。
【００５３】
演算処理手段１０４は、図２５にフローチャートとして図解した竜巻発生予測方法の処理を行う。そのため、演算処理手段１０４は、実時間で、下記の処理機能を遂行する。
（１）竜巻の発生を予測する地域の地形を３次元画像化する処理機能、
（２）低気圧を示す気象画像データを入手する処理機能、
（３）入手した気象画像データを３次元画像化する処理機能、
（４）当該３次元気象画像の明度差を算出し、当該算出した明度差から竜巻が発生する低気圧を検出する処理機能、
（５）前記低気圧の移動経路を解析する処理機能、
（６）前記低気圧の移動経路の前方方向と直交する方向に、前記低気圧と所定距離以内に、竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある丘陵地形が存在するか否かを確認する処理機能、
（７）前記低気圧と所定距離以内に前記丘陵地形が存在する場合、前記低気圧の強さの変化を確認する処理機能、
（８）前記低気圧の強さの変化の予想により、前記丘陵地形における竜巻の発生を予測する処理機能、
（９）上記処理機能を所定の周期で反復して、連続的に竜巻の発生を予測する処理機能、
（１０）前記反復処理によって得られた、低気圧の移動経路、竜巻の発生予測を出力する処理機能。
【００５４】
ステップ１、地形データの処理
本発明の竜巻発生予測方法においては、地形が竜巻および／または突風（以下、竜巻）の発生に強く影響している。そこで、低気圧の移動経路に発生する竜巻の予測には、地形データが必要となる。
そこで、図２５にステップ１として述べた、竜巻の発生を予測する地域の地形を３次元画像化する処理を行う。
たとえば、国土地理院などの竜巻地形データ提供源２００から、竜巻の発生を予測する地域（地方）の地形データを入手して、３次元画像化して、地形データ記憶手段１０６に記憶する。  ただし、この処理は、演算処理手段１０４の実時間処理ではなく、事前にオフラインで行うことができるから、演算処理手段１０４の実時間処理には含めていない。
あるいは、地形データを３次元化してデータを入手して、演算処理手段１０４に記憶させてもよい。その場合、ステップ１の処理としては、３次元処理化されたデータ演算処理手段１０４に記憶する処理だけとなる。
もちろん、演算処理手段１０４が地形データ提供源２００から地理データを入手して、３次元化処理を行い、その結果を地形データ記憶手段１０６に記憶させてもよい。
【００５５】
３次元画像化した地理データが地形データ記憶手段１０６に記憶された後、竜巻発生予測装置１００は、図２５を参照して述べる、下記の処理を実時間で行う。
【００５６】
ステップ２、低気圧を示す気象画像データを入手
竜巻発生予測装置１００は、気象画像データ提供手段３００として、たとえば、気象衛星が撮影した気象画像を、気象画像データ入手手段１０２を介して、定期的に、たとえば、３０分ごとに、入手する。
気象衛星が撮影した気象画像は、赤外画像データであり、図１９に例示したように、雲の状態などを示す、水蒸気、その温度情報を含んでいる。
演算処理手段１０４は、気象画像データ入手手段１０２を介して入手した気象画像を、図示しない記憶手段に格納して、下記の処理に使用可能にする。
【００５７】
ステップ３、気象画像データを３次元画像化
演算処理手段１０４は、上記分析処理で述べたように、入手した気象画像を、明度を算出するため、３次元化して、好ましくは、図示しない記憶手段に記憶しておく。
【００５８】
ステップ４、明度、明度差、距離算出
演算処理手段１０４は、地形データ記憶手段１０６に記憶された地形データに、３次元化された気象画像を載せる（重畳する）。
次いで、演算処理手段１０４は、３次元気象画像の明度を算出する。明度は、たとえば、０〜２５５として識別する。明度の値は温度を意味している。
【００５９】
次いで、演算処理手段１０４は明度差を算出する。
さらに、演算処理手段１０４は、明度差が所定以上の地域を検出する。この明度差が所定以上の地域は、竜巻が発生しているか、発生する可能性の高い地域を意味する。
【００６０】
演算処理手段１０４は、明度値が所定の値以上の地域と、その地域に最も近い明度値の低い地域を検出し、両者の距離を測定する。
【００６１】
最大明度差を示し最も短い距離の地域に、勢力の強い低気圧の目があると推測することができる。そこでは、強い竜巻が発生する可能性が高い。
したがって、好ましくは、演算処理手段１０４は、第４ステップの処理において、算出した明度値が最大である地域と、当該地域の近傍の明度値が低い地域との距離を算出し、前記明度差が所定以上であり、前記距離が所定以内である場合、竜巻を発生し得る低気圧として検出する。
【００６２】
また、演算処理手段１０４は、第４ステップの処理において、前記算出した明度差が所定以上の地域が複数存在する場合、最大の明度差を示し、前記距離が最小のとき、当該最大の明度差の地域を低気圧の中心として検出し、後述する第５ステップにおいて、前記検出した低気圧の中心の移動履歴と予測から、前記低気圧の中心の移動経路を予測する。
【００６３】
ステップ５、低気圧の移動経路を解析
演算処理手段１０４は、低気圧の目の移動を追跡して、低気圧の移動経路を検出する。演算処理手段１０４は、その移動経路から、低気圧の次の移動方向を推察することができる。
【００６４】
ステップ６、丘陵地形のチェック
演算処理手段１０４は、地形データ記憶手段１０６に記憶している３次元地形データを参照して、低気圧の移動経路の前方方向に、低気圧と所定距離以内に、竜巻を発生し得る下流気流を生じさせる可能性のある丘陵地形が存在するか否かをチェックする。
所定距離は、低気圧の大きさに依存して決定されるが、たとえば、低気圧の移動速度を考慮して、たとえば、低気圧が２時間以内に移動するであろう前方に位置する丘陵地形などとする。この所定距離は、過去のデータを参照して、適宜、設定することができる。
【００６５】
もし、低気圧の移動経路の前方方向に、当該丘陵地形が存在しない場合には、当面、竜巻が発生する可能性が低いと想定し、ステップ２の処理から上記処理を反復する。
【００６６】
低気圧の移動経路の前方方向に、当該丘陵地形が存在する場合は、竜巻が発生する可能性が高いから、下記の処理を行う。
【００６７】
ステップ７、低気圧の強さの変化の予想
演算処理手段１０４は、連続的に低気圧の強さを監視する。
【００６８】
ステップ８、竜巻の予測
演算処理手段１０４は、低気圧の強さの変化の監視結果から竜巻の発生を予測する。
竜巻は、たとえば、図２２（Ｂ）に例示したように、低気圧の移動方向と直交する方向に発生する。
竜巻の発生の予測結果を３次元地形データに反映すると、予測した竜巻が発生する地形を特定することができる。
たとえば、図１９に図解した気象画像から得られる明度差の大きな部分の変化は、低気圧の強さの変化を示しており、その変化の強さが低気圧の勢力を示しているから、竜巻が発生すること、時刻、および、低気圧の移動方向と移動速度を参照すると、連続して、竜巻が発生する時刻、地域を予測することができる。
【００６９】
発生する竜巻の規模は、低気圧の強さの変化、および、距離に依存する。
したがって、好ましくは、演算処理手段１０４は、それら低気圧の強さの変化、および、距離を参照して、必要ならば、過去の竜巻のデータを参照して、竜巻の規模を予測する。
【００７０】
ステップ９、予測結果の出力
演算処理手段１０４は、上記処理によって得られた、低気圧の移動経路、竜巻の発生予測を、予測結果出力手段１０８を介して出力する。
なお、予測結果の出力方法としては、ステップ８の処理を終了したとき、連続的に行う方法、あるいは、警報状態のときのみ、出力する方法のいずれかでもよい。
【００７１】
また、演算処理手段１０４は、ステップ６の処理を終了した状態で、ステップ７の処理を行うか否かに関わらず、連続的に、それまでの処理結果を、たとえば、グラフィック表示装置に出力させることもできる。
これにより、たとえば、予測方法の処理状態を把握することもできる。
【００７２】
反復処理
演算処理手段１０４が、上述した、ステップ２〜９の処理を実時間で行うことにより、低気圧の移動経路、竜巻の発生を連続的に監視することができる。
【００７３】
以上の方法により、竜巻発生の場所、日時、規模、移動経路などを実時間で予測することが可能である。
【００７４】
広範囲／局所の竜巻検出
以上述べた処理は、広範囲の低気圧の移動とそれに伴う竜巻の発生について述べた。
本発明の竜巻発生予測方法および竜巻発生予測装置では、上述した方法に限らず、広範囲の予測から狭い領域の予測を段階的に行い、広範囲から狭い領域の竜巻の予測を行うこともできる。
たとえば、先ず、広範囲な地形データと、気象画像を参照して、広範囲、たとえば、北海道全体についての低気圧の移動を追跡する。
低気圧が強さの強度が高くなったとき、たとえば、佐呂間地区などの狭い領域の地形データとそれに対応する気象画像を参照して、その地域の低気圧の移動経路を詳細に追跡し、その結果、佐呂間地区における竜巻の予測を行う。
これにより、広範囲の領域について、低気圧の移動から竜巻の発生する可能性を事前に知ることができ、さらに、実際に竜巻が発生する領域について、竜巻の発生を予測することができる。
【００７５】
地形データ記憶手段１０６に記憶する３次元地形データは、日本、米国に限らず、竜巻の発生を予測する領域のものを使用する。
気象画像データ提供手段３００は、竜巻の発生を予測する領域をカバーする気象画像を使用する。たとえば、ノアの気象画像データなども利用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１００・・・竜巻発生予測装置、１０２・・・気象画像データ入手手段、１０４・・・演算処理手段、１０６・・・地形データ記憶手段、２００・・・地形データ提供源、３００・・・気象画像データ提供手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0005905299.tif 000014
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図４】
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【図５】
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【図１０】
0005905299.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
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【図１９】
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