(57)【要約】    【課題】気象予報モデルの出力の格子点値（ＧＰＶ）を用いて、風速増加量を予測することができる気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法を提供する。    【解決手段】気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法において、気象予報モデルで計算される気象要素、ならびに各気象要素の水平方向および鉛直方向の格子点間差または時間変化量を用いて、ある瞬間の前ｔp 分間に観測された最大瞬間風速ｕp をその後ｔf 分間に観測された最大瞬間風速ｕf から引き、その値が正の場合に風速増加量δ（ｔp ，ｔf ）を推定することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気象予報モデルで計算される気象要素、ならびに各気象要素の水平方向および鉛直方向の格子点間差または時間変化量を用いて、ある瞬間の前ｔp 分間に観測された最大瞬間風速ｕp をその後ｔf 分間に観測された最大瞬間風速ｕf から引き、その値が正の場合に、風速増加量δ（ｔp ，ｔf ）を推定することを特徴とする気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法。
【請求項２】
請求項１記載の気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法において、上空５００ｈＰａ面の風速、上空５００ｈＰａ面の鉛直ｐ速度（気圧座標系における鉛直速度）、および地表の北西−南東方向の風速格子点間差、の３つの気象指標を変数とする風速増加量の推定式が、
δhr（１０，２）＝０．０１×〔上空５００ｈＰａ面の風速（ｍ／ｓ）〕
−０．０３×〔上空５００ｈＰａ面の鉛直ｐ速度（ｈＰａ／ｈ）〕
＋０．２０×〔北西−南東方向の風速格子点間差（ｍ／ｓ）〕
＋６．０５
であることを特徴とする気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、強風時における列車運行の安全性を確保するため、速度制限や運転の一時見合せなどの運転規制が行われる。そこで、これらの運転規制決定を支援するための強風警報システムの開発の提案がなされている（下記非特許文献１参照）。
【０００３】
鉄道における強風時の運転規制方法のこれまでの考え方では、過去に発生した最も大きな風速の立ち上がり（以下、風速増加量と呼ぶことにする）を今後も起こりうる風速増加量の最大値であるとしている。列車が強風区間（例えば、長大橋梁）を通過するには、通常数分間を要するので、その数分間に生じる風速増加量を正確に予測することができれば、より効率的な運転規制が可能となる。しかし、これまで風速増加量の予測方法についての提案は少ない。
【非特許文献１】「強風警報システムの開発」、島村  誠、日本鉄道施設協会誌  ２００５年１月  ｐ４１〜４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者は、風速増加量の出現頻度を分析した結果から、風速増加量はその時の気象条件と関わっていることを見出した。従って、将来の気象条件が予測可能であれば、それに応じた風速増加量の最大値が予測できるものと考えられる。  本発明は、上記状況に鑑みて、気象予報モデルの出力の格子点値（ＧＰＶ）を用いて、風速増加量を予測することができる気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法において、気象予報モデルで計算される気象要素、ならびに各気象要素の水平方向および鉛直方向の格子点間差または時間変化量を用いて、ある瞬間の前ｔp 分間に観測された最大瞬間風速ｕp をその後ｔf 分間に観測された最大瞬間風速ｕf から引き、その値が正の場合に、風速増加量δ（ｔp ，ｔf ）を推定することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法において、上空５００ｈＰａ面の風速、上空５００ｈＰａ面の鉛直ｐ速度（気圧座標系における鉛直速度）、および地表の北西−南東方向の風速格子点間差、の３つの気象指標を変数とする風速増加量の推定式が、
δhr（１０，２）＝０．０１×〔５００ｈＰａ面の風速（ｍ／ｓ）〕
−０．０３×〔上空５００ｈＰａ面の鉛直ｐ速度（ｈＰａ／ｈ）〕
＋０．２０×〔北西−南東方向の風速格子点間差（ｍ／ｓ）〕
＋６．０５
であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、数分先に発生する急激な風速増加を、気象予報モデルから直接に予測することができる。その風速増加量の推定を行うことにより、効率的な鉄道車両の運転規制を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法において、ある瞬間の前ｔp 分間に観測された最大瞬間風速ｕp をその後ｔf 分間に観測された最大瞬間風速ｕf から引き、その値が正の場合にδ（ｔp ，ｔf ）で表すことを特徴とする。そこで、風速増加量の推定を行うことにより、効率的な鉄道車両の運転規制を行うことができる。
【実施例】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
まず、風速増加量の予測方法について説明する。
【００１１】
風速増加量は、ある瞬間の前ｔp 分間に観測された最大瞬間風速ｕp をその後ｔf 分間に観測された最大瞬間風速ｕf から引き、その値が正の場合にδ（ｔp ，ｔf ）で表す。
【００１２】
例として、国内の強風地で観測された、ｔp ＝１０、ｔf ＝２としたときの風速増加量δ（１０，２）の予測を試みる。使用する気象予報モデルとしては、１時間毎のＧＰＶ（Ｇｒｉｄ  Ｐｏｉｎｔ  Ｖａｌｕｅ：格子点値）が得られるものとする。そのような気象予報モデルの格子点の模式図を図１に示す。時間分解能を合わせるために、観測された毎時００分から５９分までのδ（１０，２）の最大値を毎時の風速増加量とし、これをδhr（１０，２）で表し予測対象とする。
【００１３】
なお、気象予報モデルで計算される気象要素（風向、風速、気温、気圧など）、ならびに各気象要素の水平方向および鉛直方向の格子点間差、または時間変化量を、総じて気象指標と呼ぶことにする。
【００１４】
図２にＧＰＶから気象指標を取り出す方法の概念図を示す。気象予報モデルでは３次元的に格子点が分布している。気象指標を求めるために、一つの高度面につき観測地点を囲む４格子点の値とそのさらに外側の１２格子点の値、計１６格子点の値を用いることにする。内側の４格子点は、単一の気象要素を指標とする場合および、気象要素の鉛直方向の格子点間差を求める場合に用いる。一方、気象要素の水平方向の格子点間差を算出する場合は、図２中の矢印で示した１８通りの格子点間差を求めた。気象学的な意味を考慮した複数の気象指標を、風速増加量δの予測に用いる気象指標とした。
【００１５】
風速増加量δhrの予測式の作成には、複数の指標から一つの変数の予測式を作成するときに用いられる重回帰分析の手法を用いた。今回の例では、上空５００ｈＰａ面の風速、上空５００ｈＰａ面の鉛直ｐ速度（気圧座標系における鉛直速度）、および地表の北西−南東方向の風速格子点間差、の３つの気象指標を説明変数とする予測式（１）を得た。
δhr（１０，２）＝０．０１×〔上空５００ｈＰａ面の風速（ｍ／ｓ）〕
−０．０３×〔上空５００ｈＰａ面の鉛直ｐ速度（ｈＰａ／ｈ）〕
＋０．２０×〔北西−南東方向の風速格子点間差（ｍ／ｓ）〕
＋６．０５                                      …（１）
ここで、上空５００ｈＰａ面の風速は、観測地点周辺４０ｋｍ程度の空間で上空が強風となっていたことの指標となる。上空５００ｈＰａ面の鉛直ｐ速度は、大気の状態を表す指標となる。さらに、地表の格子点間の風速差は風の水平シアー（風速が急変する領域）が観測地点近くに存在していたことの指標となる。
【００１６】
なお、予測する地点や予測に用いる気象モデルを変えた場合には、異なる気象指標を用いた重回帰式が得られる。
【００１７】
次に、予測精度の検証を行う。
【００１８】
上記作成した風速増加量の予測式（１）について、有効性の検証を行う。その方法として、直前１０分間の最大瞬間風速ｕp ′から、直後２分間の最大瞬間風速ｕf ′を予測する場合を例に、過去に発生した最も大きな風速増加が今後も起こりうる風速増加量の最大値であるとして予測する方法（以下、従来の予測方法）と、作成した式（１）を用いて予測する方法（以下、本発明による予測方法）とを比較することにする。ここで、前者の従来の予測方法で使用する、観測期間におけるδ（１０，２）の最大値をδmax とする。また、後者の本発明による予測方法で予測する際に使用する、式（１）で求めたδhr（１０，２）をδGPV とする。
【００１９】
従来の予測方法では、ｕf ′の予測値はｕp ′とδmax の和で求められる。この予測値をｕfc′とする。同様に、本発明の予測方法では、ｕf ′の予測値はｕp ′とδGPV の和で求められる。この予測値をｕfcとする。
【００２０】
このようにして求めた予測値ｕfcとｕfc′による風速予測の精度を比較した。
【００２１】
図３にδmax を用いた予測値ｕfc′と実際に観測されたｕf のプロットを示す。同様に図４にδGPV を用いた予測値ｕfcと実際に観測されたｕf のプロットを示す。
【００２２】
予測の有効性を検証するため、規制風速として一般的な３０ｍ／ｓをしきい値として、予測精度を検証した。表１に示した判定基準を用いて、適中（最大瞬間風速３０ｍ／ｓ以上）〔図３および図４中の（１）〕、適中（最大瞬間風速３０ｍ／ｓ未満）〔図３および図４中の（２）〕、空振り〔図３および図４中の（３）〕、見逃し〔図３および図４中の（４）〕の４種類に分類する。この基準の下、全ての事象に対して判定した適中、空振り、見逃しの各度数について、全度数に対する割合を図５に示す。
【００２３】
【表１】
2006308287.tif 000003
本発明によりδGPV を用いてｕf の予測を行ったことで、この事例ではδmax を使った予測と比べると、空振りを０．９２％から０．４０％に減じることができた。
【００２４】
他の観測地点においても同様の方法で風速増加量δの予測式を作成したところ、δGPV を使ったｕf の予測の方がδmax を使った予測よりも空振りが少なかった。よって、列車運行の可否を判断する瞬間から数分間先までの間に発生しうる風速を評価する方法として、規制用風速計の観測値に気象庁が配信する気象情報を組み合わせることの有効性が示された。
【００２５】
鉄道における利用方法としては、列車の運行の可否を判断する瞬間において、その数分先の時点で列車が運行可能かどうか、またその瞬間が運転規制発令中であった場合その運転規制を数分先に解除することができるかどうか、といった判断を即時的に行うことができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の気象予報モデルの出力値を用いた風速増加量の推定方法は、鉄道車両の安全運行のための風速増加量の推定に限らず、強風によって、人的・物的財産が損なわれる可能性がある事柄において、利用可能である。例えば、空港における航空機の離着陸の判断、クレーンを用いた荷役作業や仮設足場の組み立て作業の可否判断、スキー場リフトやドラゴン等索道の運行可否の判断、スキージャンプ競技場におけるスタート合図の可否判断に有効であり、また、風力発電設備では突然の風速増加によってプロペラ軸が損傷する恐れもあるので、風力発電の分野においても、利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】予測モデルの格子点の模式図である。
【図２】ＧＶＤから気象指標を取り出す方法の概念図である。
【図３】従来の予測方法による最大瞬間風速の予測値ｕfc′と実際に観測された最大瞬間風速ｕf との関係を示す図である。
【図４】本発明にかかる最大瞬間風速の予測値ｕfcと実際に観測された最大瞬間風速ｕf との関係を示す図である。
【図５】本発明にかかる最大瞬間風速の予測値ｕfcと従来法による予測値ｕfc′の適中、空振り、見逃しの割合（１９９８年４月〜１９９９年１０月）を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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