(57)【要約】【課題】  アメダス等の気象データを用いて、水平直達日射量及び水平散乱日射量の時別値の月、旬、半旬平均値を推定する。【解決手段】  大気透過率Ｐを多重回帰式：Ｐ＝αＬ＋βＲ＋γＱ＋δによって求め、直達日射量を、ＤＨ＝Ｉ＊Ｐcosec(h)＊sin（ｈ）によって求める。散乱日射量は、ＳＨ＝Ｉ＊（１−Ｋｄ／Ｋｄｓ）＊sin（ｈ）によって求める。但し、Ｉ：大気圏外日射量、ｈ：太陽高度角、Ｐ：大気透過率、である。無次元指標Ｋｄは、Ｋｄ＝ＤＨ／（Ｉ＊sin（ｈ））によって求め、無次元指標Ｋｄｓは、Ｋｄｓ＝Ｋｄ＋ａＫｄｂ（１−Ｋｄ）ｃによって求める。ａｂｃは定数である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気透過率Ｐを目的変数、時別日射率Ｌ、降水量Ｒ、及び、水平面大気外日射量Ｑを説明変数とし、α、β、γを偏回帰係数、δを定数とする多重回帰式：Ｐ＝αＬ＋βＲ＋γＱ＋δにおいて、上記偏回帰係数α、β、γ及び定数δを演算する偏回帰係数及び定数演算ステップと、
上記偏回帰係数及び定数演算ステップにて求めた上記偏回帰係数α、β、γ及び定数δの値を上記多重回帰式に代入して大気透過率Ｐ演算式を設定する大気透過率Ｐ演算式設定ステップと、
上記大気透過率Ｐ演算式を用いて大気透過率Ｐの値を演算する大気透過率演算ステップと、
上記大気透過率Ｐを変数とする次の演算式を使用して水平面直達日射量ＤＨを演算する水平面直達日射量演算ステップと、
を有する日射量演算方法。
ＤＨ＝Ｉ＊Ｐcosec(h)＊sin（ｈ）
ここで、ＤＨ：水平面直達日射量、Ｉ：大気圏外日射量、ｈ：太陽高度角、Ｐ：大気透過率、である。
【請求項２】
請求項１記載の日射量演算方法において、
上記直達日射量ＤＨを変数とする演算式：Ｋｄ＝ＤＨ／（Ｉ＊sin（ｈ））を用いて第１無次元指標Ｋｄを演算する第１無次元指標Ｋｄ演算ステップと、
上記第１無次元指標Ｋｄを変数、ａ、ｂ、ｃを定数とする第２無次元指標Ｋｄｓ演算式：Ｋｄｓ＝Ｋｄ＋ａＫｄｂ（１−Ｋｄ）ｃにおいて、上記定数ａ、ｂ、ｃを演算する定数演算ステップと、
上記定数演算ステップにて求めた上記定数ａ、ｂ、ｃを上記第２無次元指標Ｋｄｓ演算式に代入して第２無次元指標Ｋｄｓ演算式を設定する第２無次元指標Ｋｄｓ演算式設定ステップと、
上記第２無次元指標Ｋｄｓ演算式に上記第１無次元指標Ｋｄ演算ステップにて演算した第１無次元指標Ｋｄを代入して第２無次元指標Ｋｄｓを演算する第２無次元指標Ｋｄｓ演算ステップと、
上記第１無次元指標Ｋｄと上記第２無次元指標Ｋｄｓを変数とする次の演算式を使用して水平面散乱日射量ＳＨを演算する水平面散乱日射量演算ステップと、
を有する日射量演算方法。
ＳＨ＝Ｉ＊（１−Ｋｄ／Ｋｄｓ）＊sin（ｈ）
ここで、ＳＨ：水平面散乱日射量、Ｉ：大気圏外日射量、Ｋｄ、Ｋｄｓ：第１及び第２無次元指標、である。
【請求項３】
請求項１、２のいずれか１項記載の日射量演算方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータに読み取り可能なプログラム。
【請求項４】
大気透過率Ｐを目的変数、時別日射率Ｌ、降水量Ｒ、及び、水平面大気外日射量Ｑを説明変数とし、α、β、γを偏回帰係数、δを定数とする多重回帰式：Ｐ＝αＬ＋βＲ＋γＱ＋δにおいて、上記偏回帰係数α、β、γ及び定数δを演算するαβγ演算部と、上記αβγ演算部にて演算した上記偏回帰係数α、β、γ及び定数δの値を上記多重回帰式に代入して大気透過率Ｐ演算式を設定する大気透過率Ｐ演算式設定部と、上記大気透過率Ｐ演算式を用いて大気透過率Ｐの値を演算する大気透過率演算部と、直達日射量ＤＨを次の推定式：ＤＨ＝Ｉ＊Ｐcosec(h)＊sin（ｈ）（ここで、ＤＨ：水平面直達日射量、Ｉ：大気圏外日射量、ｈ：太陽高度角、Ｐ：大気透過率、である。）によって求める水平面直達日射量演算部と、第１無次元指標Ｋｄを変数、ａ、ｂ、ｃを定数とする第２無次元指標Ｋｄｓを求める演算式：Ｋｄｓ＝Ｋｄ＋ａＫｄｂ（１−Ｋｄ）ｃにおいて、上記定数ａ、ｂ、ｃを演算するａｂｃ演算部と、
上記ａｂｃ演算部にて求めた上記定数ａ、ｂ、ｃを上記演算式に代入して第２無次元指標Ｋｄｓ演算式を設定する第２無次元指標Ｋｄｓ演算式設部と、第１無次元指標Ｋｄを演算式：Ｋｄ＝ＤＨ／（Ｉ＊sin（ｈ））（ここで」、ＤＨ：水平面直達日射量、Ｉ：大気圏外日射量、ｈ：太陽高度角、である。）によって求める第１無次元指標Ｋｄ演算部と、上記第２無次元指標Ｋｄｓ演算式に上記第１無次元指標Ｋｄ演算部にて求めた第１無次元指標Ｋｄを代入して第２無次元指標Ｋｄｓを演算する第２無次元指標Ｋｄｓ演算部と、上記第１無次元指標Ｋｄ演算部にて求めた第１無次元指標Ｋｄ及び上記第２無次元指標Ｋｄｓ演算部で求めた第２無次元指標Ｋｄｓを用いて、散乱日射量ＳＨを推定式：ＳＨ＝Ｉ＊（１−Ｋｄ／Ｋｄｓ）＊sin（ｈ）（ここに、ＳＨ：水平面散乱日射量、Ｉ：大気圏外日射量、Ｋｄ、Ｋｄｓ：第１及び第２無次元指標、である。）によって求める散乱日射量ＳＨ演算部と、を有する日射量演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気象データを利用して直達及び散乱日射量を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
日射は、土木、建築、環境等の産業において、非常に大きな影響を及ぼす気象要因である。特に、農業生産とは非常に深い関係があり、作物の生育設備や収量の予測、そして栽培施設内の環境調節、制御等に必要な情報である。従って、任意の地点における日射量分布図は、様々な産業に大きく貢献するため、必要性が大きい。
【０００３】
１ｋｍメッシュよりも詳細な日射量分布図を作成するには、太陽位置、周辺地形、及び、直達及び散乱日射量の情報が必要である。直達及び散乱日射量は、実際の観測により求める方法と推定計算によって求める方法がある。
【０００４】
実際の観測により求める方法は、経済的負担や人的負担が大きいだけでなく、他の地点にて利用することができない欠点がある。従って、直達及び散乱日射量を推定する方法が望ましい。
【０００５】
直達及び散乱日射量の推定計算には、任意に地点における日射率データが必要であるが、それは、アメダス等による気象データとして入手可能である。
【０００６】
【非特許文献１】天気25(5)，61-75, 1978吉田作松・篠木誓一：「日本における月平均全天日射量およびその年々の変動度のマップの作成」
【非特許文献２】Agricultural Meteorology 19, 243-252, 1978Rietveld, M.R.：”A new method for estimating the regression coefficients in the formula relating solar radiation to sunshine”
【非特許文献３】Solar Energy 23, 169-173, 1979Iqbal：”Correlation of average diffuse and beam radiation with hours of bright sunshine”
【非特許文献４】Solar Energy 19, 477-491, 1977Bugler, J.W.：”The determination of hourly insolation on an inclined plane using a diffuse irradiance model based on hourly measured global horizontal insolation”
【非特許文献５】日本建築学会論文報告集第330号，96-108. 1983渡辺俊行・浦野良美・林徹夫：「水平面全天日射量の直山分離と斜面日射量の推定」
【非特許文献６】Agricutural and Forest Meteorology 40, 233-249, 1987Flint, A. L. and Childs, S.W.：”Calculation of solar radiation in mountainous terrain”
【非特許文献７】Agricutural and Forest Meteorology, 95, 169-185, 1999Roderick, M. L.：2Estimating the diffuse component from daily and monthly measurements of global radiation”
【非特許文献８】Ecological Modelling, 129, 113-118, 2000Antonic, O., Marki, A., Krizan, J.：”A global model for monthly mean hourly direct solar radiation”
【非特許文献９】農業土木学会論文集  183，41-46, 1996紙井泰典・近森邦英・丸山利輔：「時間全天日射量からの散乱日射量の推定」
【非特許文献１０】農業気象，41(3), 247-255, 1985清野豁・内島善兵衛：「複雑地形地(阿蘇カルデラ)における太陽放射資源量の評価」
【特許文献１】特開昭62-043588  天気計
【特許文献２】実開昭60-134187  日照パターン自動作成更新装置
【特許文献３】特開昭56-094149  太陽エネルギーの予測装置
【特許文献４】特開昭56-094148  太陽エネルギーの予測方法およびその装置
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、アメダス等からの日射率データを用いて全天日射量の月平均値を推定する研究（非特許文献１、２）は、幾つかなされている。また、日照率や雲量等のデータから、月平均日積算日射量を直達及び散乱日射に分離する研究（非特許文献３）も行われている。全天日射量の時別値による直達及び散乱日射の推定（非特許文献４〜９）も試みられている。更に、月平均直達及び散乱日射量の日変化曲線を観測値より導き、時角毎の直達及び散乱日射量の月平均値を推定する式（非特許文献１０）も提案されている。
【０００８】
従来の研究は、全天日射量、水蒸気圧、そして、大気中のオゾン量のデータ等が必要である。しかしながら、これらのデータを得るために、任意地点における長期の観測が必要となり、また、特別な機材や技術が必要である。
【０００９】
アメダスの観測項目のように、比較的容易に入手可能な気象データを用いた推定手法も提案されているが、それらは、月平均値の推定であり、月よりも短い期間の日射量の推定手法は開発されていない。しかし、実際に日射量を用いた農地の生産量の推定や、ハウスや建築物等の設置位置の決定等においては、月よりも短い期間での日射量の推定が必要である。
【００１０】
本発明の目的は、入手が比較的容易なアメダス等の気象データを用いて、水平面直達日射量及び水平面散乱日射量の時別値の月、旬、半旬平均値を推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によると、大気透過率Ｐを（２）式によって求め、それを用いて、直達日射量ＤＨを（１）の推定式によって求める。無次元指標Ｋｄを（４）式によって求め、それを用いて、無次元指標Ｋｄｓを（６）式によって求める。２つの無次元指標Ｋｄ、Ｋｄｓを（３）式に代入して、散乱日射量ＳＨを求める。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、水平面直達日射量及び水平面散乱日射量の時別値の月、旬、半旬平均値が得られるから、任意地点の日射量を簡便に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
先ず、本発明の概念を説明する。直達日射量ＤＨを求める式は既知であり、次のように表される。
ＤＨ＝Ｉ＊Ｐcosec(h)＊sin（ｈ）                              （１）
ここで、ＤＨ：水平面直達日射量、Ｉ：大気圏外日射量、ｈ：太陽高度角、Ｐ：大気透過率、である。
大気圏外日射量Ｉ及び太陽高度角ｈは気象データから得られるから、大気透過率Ｐが得られれば、直達日射量ＤＨが求められる。
【００１４】
そこで、本発明者は、次のように、大気透過率Ｐを目的変数、日照時間、降水量、水平面大気外日射量の時別値を説明変数とする多重回帰式を発案した。
Ｐ＝αＬ＋βＲ＋γＱ＋δ                                （２）
ここで、α、β、γ：偏回帰係数、δ：定数、Ｌ：時別日射率、Ｒ：降水量（ｍｍ／ｈ）、Ｑ：水平面大気外日射量（ＭＪ／ｍ２ｈ）である。
【００１５】
更に、本発明者は、次のように、散乱日射量ＳＨの演算式を発案した。
ＳＨ＝Ｉ＊（１−Ｋｄ／Ｋｄｓ）＊sin（ｈ）                 （３）
ここで、ＳＨ：水平面散乱日射量、Ｉ：大気圏外日射量、ｈ：太陽高度角、Ｋｄ、Ｋｄｓ：無次元指標、である。尚、無次元指標Ｋｄ、Ｋｄｓは、非特許文献４にて提案されたものであり、次式で表される。
【００１６】
Ｋｄ＝ＤＨ／（Ｉ＊sin（ｈ））                            （４）
Ｋｄｓ＝ＤＨ／｛（Ｉ＊sin（ｈ））−ＳＨ｝
＝Ｋｄ＊｛１−ＳＨ／（Ｉ＊sin（ｈ））｝−１          （５）
【００１７】
（４）式において、直達日射量ＤＨは（１）式から求められ、大気圏外日射量Ｉ及び太陽高度角ｈは気象データから得られるから、無次元指標Ｋｄを算出することはできる。従って、（３）式において、無次元指標Ｋｄｓが得られれば、散乱日射量ＳＨを求めることができる。
【００１８】
（５）式よりＫｄｓはＫｄの関数である。そこで、本発明者は、ＫｄとＫｄｓの観測値データを用いて、リニア最小二乗法により次の推定式を作成した。
【００１９】
Ｋｄｓ＝Ｋｄ＋ａＫｄｂ（１−Ｋｄ）ｃ                      （６）
ここで、ａ、ｂ、ｃ：定数である。潮岬気象台の１９９１〜２０００年のデータから大気透過率Ｐの回帰係数α、β、γ及び無次元指標Ｋｄｓの係数ａ、ｂ、ｃを求めた結果は次のとおりである。尚、ｒ２は重相関係数である。
【００２０】
月平均値
Ｐ＝０．５８７９Ｌ−０．０２１０４Ｒ−０．１３６０Ｑ＋０．５０９９  （ｒ２＝０．６８８３）
Ｋｄｓ＝Ｋｄ＋１．４３２６Ｋｄ１．５７３３（１−Ｋｄ）１．６２０８  （ｒ２＝０．８９２８）
【００２１】
旬平均値
Ｐ＝０．５５９６Ｌ−０．０１４０３Ｒ−０．１２４４Ｑ＋０．４８７３  （ｒ２＝０．６６５５）
Ｋｄｓ＝Ｋｄ＋０．８５９７Ｋｄ１．３１６０（１−Ｋｄ）１．０６９５  （ｒ２＝０．９０８７）
【００２２】
半旬平均値
Ｐ＝０．５２８８Ｌ−０．０１４７３Ｒ−０．１２０６Ｑ＋０．４９０３  （ｒ２＝０．６５２５）
Ｋｄｓ＝Ｋｄ＋０．７６９６Ｋｄ１．２４５５（１−Ｋｄ）０．９２８１  （ｒ２＝０．９０８７）
【００２３】
こうして大気透過率Ｐと無次元指標Ｋｄｓが求められるから、（１）（３）の式より、直達日射量ＤＨと散乱日射量ＳＨが求められる。直達日射量ＤＨと散乱日射量ＳＨの演算結果の例を図５、図６及び図７に示す。
【００２４】
本発明によれば、アメダス等の気象データから直達日射量ＤＨと散乱日射量ＳＨが求められる。直達日射量ＤＨ及び散乱日射量ＳＨと周辺地形の数値情報から、任意の地域の日射量分布図を作成することができる。従って、地域の日射環境の評価を容易に行うことができる。この日射量分布図は、多様な地形を有する中山間地域において、栽培施設の設置位置の選定及び作業作物の評価、更には、地域計画への活用が期待される。
【００２５】
本発明によれば、ハウスばかりでなく、様々な施設の建設候補地の熱環境評価を簡単に行うことができる。従って、様々な施設の建設地の選定の要因の１つとして、熱環境を採用することができる。また、太陽電池を設置する場合、その地点にて得られる電力計算にも本発明を利用することができる。
【００２６】
次に、本発明の実施例を説明する。図１に示すように本発明はコンピュータ装置によって実現することができる。コンピュータ装置は、本体１、表示装置２、及び、入力装置３を有する。本体１は、典型的には、ＣＰＵ、メモリ、ハードデスク等を含む。
【００２７】
図２は、本発明による日射量演算装置の構成例を示す図である。本例の日射量演算装置は、αβγ演算部１１、大気透過率演算式設定部１２、大気透過率演算部１３、直達日射量演算部１４、無次元指標Ｋｄ演算部１５、ａｂｃ演算部１６、無次元指標Ｋｄｓ演算式設定部１７、無次元指標Ｋｄｓ演算部１８、及び、散乱日射量演算部１９を有する。本例の日射量演算装置は、図１に示したコンピュータ装置によって構成されてよいが、コンピュータ装置によって読み取り可能なプログラムとして構成してよい。
【００２８】
図３を参照して、本発明による日射量演算装置によって直達日射量ＤＨを演算する処理を説明する。ステップＳ１０１にて、αβγ演算部１１は、（２）式の、偏回帰係数α、β、γ及び定数δを演算する。偏回帰係数α、β、γ及び定数δの演算は、上述のように、気象データを用いる。ステップＳ１０２にて、大気透過率演算式設定部１２は、ステップＳ１０１にて求めた偏回帰係数α、β、γ及び定数δを（２）式に代入して、大気透過率演算式を設定する。ステップＳ１０３にて、大気透過率演算部１３は、偏回帰係数α、β、γ及び定数δが設定された（２）式を使用して、大気透過率Ｐの値を求める。ステップＳ１０４にて、直達日射量演算部１４は、（１）式を使用して、直達日射量ＤＨを求める。大気圏外日射量Ｉ、及び、太陽高度角ｈは気象データから得られる。大気透過率ＰはステップＳ１０３にて求めた。これらのパラメータ値Ｉ、ｈ、Ｐを（１）式に代入することによって、直達日射量ＤＨが得られる。
【００２９】
図４を参照して、本発明による日射量演算装置によって散乱日射量ＳＨを演算する処理を説明する。ステップＳ２０１にて、ａｂｃ演算部１６は、（６）式の、定数ａ、ｂ、ｃを演算する。定数ａ、ｂ、ｃの演算は、上述のように、気象データを用いる。ステップＳ２０２にて、無次元指標Ｋｄｓ演算式設定部１７は、ステップＳ２０１にて求めた定数ａ、ｂ、ｃを（６）式に代入して、無次元指標Ｋｄｓ演算式を設定する。
【００３０】
ステップＳ２０３にて、無次元指標Ｋｄ演算部１５は、（４）式を使用して、無次元指標Ｋｄの値を求める。ステップＳ２０４にて、無次元指標Ｋｄｓ演算部１８は、定数ａ、ｂ、ｃが設定された（６）式を使用して、無次元指標Ｋｄｓを求める。ステップＳ２０５にて、散乱日射量演算部１９は、（３）式を使用して、散乱日射量ＳＨを求める。大気圏外日射量Ｉ、及び、太陽高度角ｈは気象データから得られる。無次元指標ＫｄはステップＳ２０３にて求めた。無次元指標ＫｄｓはステップＳ２０４にて求めた。これらのパラメータ値Ｉ、ｈ、Ｋｄ、Ｋｄｓを（３）式に代入することによって、散乱日射量ＳＨが得られる。
【００３１】
以上、本発明の例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を実現するための装置の例を示す図である。
【図２】本発明による日射量演算装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明による日射量演算方法によって直達日射量を演算する処理を示す図である。
【図４】本発明による日射量演算方法によって散乱日射量を演算する処理を示す図である。
【図５】本発明による計算方法によって月平均日積算日射量の計算例を示す図である。
【図６】本発明による計算方法によって旬平均日積算日射量の計算例を示す図である。
【図７】本発明による計算方法によって半旬平均日積算日射量の計算例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…コンピュータ装置本体、２…表示装置、３…入力装置、１１…αβγ演算部、１２…大気透過率演算式設定部、１３…大気透過率演算部、１４…直達日射量演算部、１５…無次元指標Ｋｄ演算部、１６…ａｂｃ演算部、１７…無次元指標Ｋｄｓ演算式設定部、１８…無次元指標Ｋｄｓ演算部、１９…散乱日射量演算部
【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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【図６】
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【図７】
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