(57)【要約】【課題】上空の気象状態に基づいて、地上への影響の度合いを精度良く予測することができる気象予測装置、気象予測方法、および気象予測プログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の気象予測装置は、降水リスク導出部と、出力部とを持つ。降水リスク導出部は、レーダ装置によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクを導出する。出力部は、降水リスク導出部により導出された降水のリスクに基づく情報を出力する。【選択図】図１
2019045146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ装置によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクを導出する降水リスク導出部と、
前記降水リスク導出部により導出された前記降水のリスクに基づく情報を出力する出力部と、
を備える気象予測装置。
【請求項２】
前記上空の３次元空間を仮想的に分割した複数のメッシュ領域ごとに電波の強度に関する情報と、前記上空の風向および風速を示す情報とが対応付けられている情報を、前記レーダ装置から受信するインターフェースと、
前記インターフェースにより受信された情報に基づいて、前記複数のメッシュ領域のそれぞれに対して降水強度を算出するメッシュパラメータ算出部と、
前記メッシュパラメータ算出部により算出された前記降水強度を示す値が同程度の前記メッシュ領域同士を合わせた降水コア領域を導出する降水コア領域導出部と、
前記降水コア領域導出部により導出された前記降水コア領域ごとに、前記インターフェースによって受信された前記風向および風速に基づいて、前記降水コア領域が地上に到達するまでの時間と、前記降水コア領域が地上に到達する位置とを予測する移流予測部と、を更に備え、
前記降水リスク導出部は、前記移流予測部により予測された前記時間と、前記降水コア領域導出部により導出された前記降水コア領域に含まれる前記メッシュ領域ごとの前記降水強度とに基づいて、前記移流予測部により予測された前記地上の位置における降水のリスクを導出する、
請求項１に記載の気象予測装置。
【請求項３】
前記降水リスク導出部は、前記移流予測部により予測された前記位置が重なる場合、前記位置が重なる降水コア領域のそれぞれに対応する前記降水強度に応じて、前記地上における降水のリスクを導出する、
請求項２に記載の気象予測装置。
【請求項４】
前記降水リスク導出部は、前記移流予測部により予測された前記位置の高度に応じて、前記移流予測部により予測された前記時間に重みを付けて、前記地上の降水コア領域における降水のリスクを導出する、
請求項２または３に記載の気象予測装置。
【請求項５】
前記上空の３次元空間を仮想的に分割した複数のメッシュ領域ごとに電波の強度に関する情報と、前記上空の風向および風速を示す情報とが対応付けられている情報を、前記レーダ装置から受信するインターフェースと、
前記インターフェースにより受信された情報に基づいて、前記複数のメッシュ領域のそれぞれに対して降水強度を算出するメッシュパラメータ算出部と、
前記メッシュ領域ごとに、前記メッシュパラメータ算出部により算出された前記降水強度と、前記メッシュ領域ごとに対応付けられている前記風向および風速とに基づいて、前記メッシュ領域が地上に到達するまでの時間と、前記メッシュ領域が地上に到達する位置とを予測する移流予測部と、
前記移流予測部により予測された前記位置に基づいて、前記地上において、前記降水強度を示す値が同程度の前記メッシュ領域同士を合わせた降水コア領域を導出する降水コア領域導出部と、を更に備え、
前記降水リスク導出部は、前記移流予測部により予測された前記時間と、前記降水コア領域導出部により導出された前記降水コア領域に含まれる前記メッシュ領域ごとの前記降水強度とに基づいて、前記地上の降水コア領域における降水のリスクを導出する、
請求項１に記載の気象予測装置。
【請求項６】
前記降水リスク導出部は、前記移流予測部により予測された前記位置が重なる場合、前記位置が重なるメッシュ領域のそれぞれに対応する前記降水強度に応じて、前記地上における降水のリスクを導出する、
請求項５に記載の気象予測装置。
【請求項７】
前記降水リスク導出部により導出された前記地上における降水のリスクを示す情報と、前記地上の地図情報とに基づく画像と、前記降水コア領域導出部により導出された降水コア領域ごとの降水強度を示す情報に基づく画像とのうちいずれか一方または双方を生成する画像生成部を更に備え、
前記出力部は、前記画像生成部により生成された前記画像を示す情報を出力する、
請求項２から６のうちいずれか１項に記載の気象予測装置。
【請求項８】
コンピュータが、
レーダ装置によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクを導出し、
前記導出した前記降水のリスクに基づく情報を出力する、
気象予測方法。
【請求項９】
コンピュータに、
レーダ装置によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクを導出させ、
前記導出させた前記降水のリスクに基づく情報を出力させる、
気象予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気象予測装置、気象予測方法、および気象予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゲリラ豪雨のような瞬間的に多くの雨が降る気象現象が観測されており、浸水や洪水等の被害が発生している。これに関連し、上空の積乱雲等の雨雲を観測して上空の気象状態を推測する技術が知られている。また、地上における雨量計の測定データに基づいて洪水等のリスクを推定する技術が知られている。しかしながら、従来の技術では、上空の気象状態に基づいて、地上への影響の度合いを精度良く予測することができない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８８６７４号公報
【特許文献２】特開２００９−１２８１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、上空の気象状態に基づいて、地上への影響の度合いを精度良く予測することができる気象予測装置、気象予測方法、および気象予測プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の気象予測装置は、降水リスク導出部と、出力部とを持つ。降水リスク導出部は、レーダ装置によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクを導出する。出力部は、降水リスク導出部により導出された降水のリスクに基づく情報を出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態における気象予測装置１００の構成の一例を示す図。
【図２】記憶部３０に格納される観測データ３２の一例を示す図。
【図３】上空の３次元空間における鉛直方向を含む平面での断面に、メッシュパラメータ算出部１２による算出結果を対応付けた図。
【図４】予想降水領域Ｓｋの形成結果の一例を示す図。
【図５】降水地点情報に基づく画面の一例を示す図。
【図６】雨雲規模情報に基づく画面の一例を示す図。
【図７】第１の実施形態における気象予測装置１００による処理の一例を示すフローチャート。
【図８】複数の予想降水領域Ｓｋが互いに重なり合う場合の一例を示す図。
【図９】地表面Ｇが平坦でない場合の一例を示す図。
【図１０】地上において降水コア領域ＣＲｋを導出する様子を模式的に示す図。
【図１１】第２の実施形態における気象予測装置１００による処理の一例を示すフローチャート。
【図１２】第３の実施形態における気象予測装置１００Ｂの構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の気象予測装置、気象予測方法、および気象予測プログラムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における気象予測装置１００の構成の一例を示す図である。第１の実施形態における気象予測装置１００は、気象レーダ装置２００によって受信された電波の受信電力、あるいは電波の信号強度に基づいて、地上に降る雨や雪の量を推定し、推定した量を地上にいるユーザに対するリスクとして判定する。
【０００９】
気象レーダ装置２００は、例えば、フェーズドアレイアンテナを含む装置であり、フェーズドアレイアンテナを構成するアレイ状のアンテナ素子に入力する信号の位相を制御することによって、指向角を電子的に変動させる。気象レーダ装置２００は、アンテナの指向角を変動させながら電波を送受信する。例えば、気象レーダ装置２００は、電気的な位相制御によって、エレベーション方向（垂直方向）における指向角を、一定の角度範囲（例えば９０度）内で変動させる。また、気象レーダ装置２００は、アジマス方向（水平方向）における指向角を、図示しない駆動機構によって機械的に変動させる。また、気象レーダ装置２００は、アジマス方向とエレベーション方向との双方において、電気的な位相制御によって指向角を変動させてもよい。
【００１０】
また、気象レーダ装置２００は、上述したフェーズドアレイアンテナの他、パラボラアンテナや、パッチアンテナ、ポールアンテナ、シャントフィードアンテナ、スロットアンテナなどをアンテナ含む装置であってよい。アンテナがパラボラアンテナである場合、気象レーダ装置２００は、図示しない駆動機構によってアンテナの指向角を機械的に変更しながら電波を送受信する。
【００１１】
気象レーダ装置２００は、受信した電波を電気信号に変換して、復調や信号強度の増幅、周波数変換等の信号処理を行う。そして、気象レーダ装置２００は、信号処理を行った信号（以下、処理済み信号と称する）を観測データとして気象予測装置１００に送信する。例えば、気象レーダ装置２００は、所定の探索周期の間において生成した複数の処理済み信号を１つの観測データとして気象予測装置１００に送信する。観測データは、例えば、３次元空間を、距離方向、水平方向、および鉛直方向のそれぞれについて所定幅で分割し、分割した領域（以下、メッシュ領域Ｍｉと称する）ごとに、電波に基づく物理量が対応付けられているボリュームデータである。なお、気象レーダ装置２００の観測対象は気象レーダ装置２００から十分に遠いため、メッシュ領域Ｍｉは立方体とみなせるものとする。
【００１２】
気象予測装置１００は、通信インターフェース１０と、メッシュパラメータ算出部１２と、降水コア領域導出部１４と、風向風速推定部１６と、移流予測部１８と、降水リスク導出部２０と、画像生成部２２と、出力部２４と、記憶部３０とを含んでよいが、これに限定されない。上述した気象予測装置１００の構成要素の一部または全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが記憶部３０に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてよい。また、気象予測装置１００の構成要素の一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよい。
【００１３】
記憶部３０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＤカード、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）等の不揮発性の記憶媒体と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ等の揮発性の記憶媒体とによって実現されてもよい。記憶部３０は、気象予測装置１００のプロセッサが実行するプログラムを格納する他、後述する観測データ３２やコア毎解析データ３４等を格納する。
【００１４】
通信インターフェース１０は、気象レーダ装置２００等と通信を行い、気象レーダ装置２００から観測データ３２を受信する。通信インターフェース１０により受信された観測データ３２は、記憶部３０に格納される。
【００１５】
図２は、記憶部３０に格納される観測データ３２の一例を示す図である。観測データ３２は、上空の雲を含む３次元空間を分割したメッシュ領域Ｍｉごとに、レーダ反射因子Ｚｉと、ドップラー速度Ｄｉとが対応付けられている。レーダ反射因子Ｚｉは、電波を反射する粒子の粒径に応じて変動するパラメータであり、気象レーダ装置２００が電波を受信した際の受信電力と、気象レーダ装置２００から電波を反射した雲粒までの距離とに基づいて算出される。電波を反射する粒子は、例えば、雲を構成する粒子であり、以下、雲粒と称して説明する。雲粒には、例えば、水滴や氷晶等が含まれる。また、ドップラー速度Ｄｉは、メッシュ領域Ｍｉ内の雲粒の移動方向および移動速度を表すパラメータであり、気象レーダ装置２００が電波を送信した際の送信周波数と、電波を受信した際の受信周波数との差に基づいて算出される。ドップラー速度Ｄｉは、各メッシュ領域Ｍｉの風向および風速に算出する際に用いられる指標である。これらの指標は、気象レーダ装置２００において信号処理の結果として算出されてもよいし、気象予測装置１００において算出されてもよい。
【００１６】
メッシュ領域Ｍｉの大きさは、気象レーダ装置２００の時間分解能および空間分解能に応じて変更されてよい。また、各メッシュ領域Ｍｉには、気象レーダ装置２００の位置を原点とする直交座標系の位置座標が対応付けられている。例えば、気象レーダ装置２００が標高の高い高台や山頂等に設置されている場合、メッシュ領域Ｍｉの位置座標は高度方向においてマイナスの値をとってよい。観測データ３２は、上空の気象状態を表した情報の一例である。座標系は直交座標系に限らず、極座標系であっても良い。
【００１７】
メッシュパラメータ算出部１２は、記憶部３０に記憶された観測データ３２のメッシュ領域Ｍｉごとに、降水強度Ｒｉを算出する。例えば、降水強度Ｒｉは、メッシュ領域Ｍｉごとのレーダ反射因子Ｚｉを数式（１）に代入することにより算出される。降水強度Ｒｉの単位は、例えば、ｍｍ／ｈである。なお、降水強度Ｒｉは、他の方法で算出されても良い。
【００１８】
【数１】
2019045146.tif 000003
【００１９】
上記数式（１）におけるＢおよびβは、雨量計による観測値から決定される定数であり、雲粒が水滴の場合、Ｂが２００程度、βが１．６程度に設定され、雲粒が氷晶の場合はＢが５００から２０００程度、βが２．０程度に設定される。なお、定数Ｂおよびβのそれぞれには、全メッシュ領域Ｍｉにおいて同じ値が設定されてもよいし、メッシュ領域Ｍｉごとに異なる値が設定されてもよい。
【００２０】
降水コア領域導出部１４は、降水の度合を雲内部の降水強度Ｒｉに応じて分類するため、メッシュパラメータ算出部１２により算出された降水強度Ｒｉが同程度のメッシュ領域Ｍｉ同士を合わせた降水コア領域ＣＲｋを、上空の雲を含む３次元空間において導出する。
【００２１】
図３は、上空の３次元空間における鉛直方向を含む平面での断面に、メッシュパラメータ算出部１２による算出結果を対応付けた図である。図中Ｚ軸は、鉛直方向を、Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向に含まれる直交成分を示す。図示の例では、上空の３次元空間のうち、あるＸＺ平面の断面のみを表している。各メッシュ領域Ｍｉには、後述するドップラー速度Ｄｉに基づく風向風速を示すベクトル（矢印Ｖｉ）と、メッシュパラメータ算出部１２により算出された降水強度Ｒｉが対応付けられている。なお、図中では、降水強度Ｒｉは、Ｘ軸およびＺ軸に対応した降水強度Ｒを示すために、Ｒｘｚで表現している。矢印Ｖｉで示すベクトルの向きは、風向を示し、ベクトルの大きさは、風速を示している。このような、上空の３次元空間を仮想的に表したメッシュ領域Ｍｉごとに、降水強度Ｒｉおよび風向風速を示すベクトル矢印Ｖｉが対応付けられている情報は、コア毎解析データ３４として記憶部３０に格納される。
【００２２】
降水コア領域導出部１４は、メッシュ領域Ｍｉごとの降水強度Ｒｉを参照して、降水強度Ｒｉが同程度のメッシュ領域Ｍｉ（以下、合致メッシュ領域と称する）を結合して、１つの降水コア領域ＣＲｋを導出する。降水コア領域導出部１４は、例えば、降水強度Ｒｉが、段階的に選択される二つの閾値Ｔｈｋの間に収まるメッシュ領域Ｍｉを、合致メッシュ領域とする。そして、降水コア領域導出部１４は、複数の合致メッシュ領域を集めた領域の境界線を連ねて、この境界線を輪郭とした降水コア領域ＣＲｋを導出する。なお、周囲のメッシュ領域Ｍｉと降水強度Ｒｉが同程度でないメッシュ領域Ｍｉが単独で存在する場合、これを無視して周囲と同化させてもよい。
【００２３】
本実施形態では、一例として、降水強度Ｒｉに対して２つの閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２が設定されているものとして説明する。降水コア領域導出部１４は、２つの閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２を用いて、３つの降水コア領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３を導出する。例えば、コア領域ＣＲ１は、降水強度Ｒｉが閾値Ｔｈ２以上のものであり、コア領域ＣＲ２は、降水強度Ｒｉが閾値Ｔｈ１以上閾値Ｔｈ２未満のものであり、コア領域ＣＲ３は、降水強度Ｒｉが閾値Ｔｈ１未満のものである。コア領域ＣＲ１は、例えば、８０ｍｍ／ｈを中心とした降水強度Ｒｉであり、コア領域ＣＲ２は、例えば、５０ｍｍ／ｈを中心とした降水強度Ｒｉであり、コア領域ＣＲ３は、例えば、３０ｍｍ／ｈを中心とした降水強度Ｒｉである。
【００２４】
風向風速推定部１６は、例えば、メッシュ領域Ｍｉごとのレーダ反射因子Ｚｉとドップラー速度Ｄｉに基づいて、メッシュ領域Ｍｉごとの風向および風速を推定する。例えば、風向風速推定部１６は、複数の観測データを用いて推定した雲粒の落下速度と、気象レーダ装置２００により電波が受信された際の方位角および仰角と、レーダ反射因子Ｚｉとドップラー速度Ｄｉとに基づいて、風向および風速を推定する。また、風向風速推定部１６は、ＶＶＰ（Volume Velocity Processing）法やGal-Chen法等の３次元風解析手法を用いて風向および風速を推定してもよい。
【００２５】
そして、風向風速推定部１６は、例えば、降水コア領域ＣＲｋ内のメッシュ領域Ｍｉごとに推定した風向および風速を、降水コア領域ＣＲｋごとに平均し、この平均した風向および風速を降水コア領域ＣＲｋの風向および風速とする。
【００２６】
移流予測部１８は、降水コア領域導出部１４により導出された降水コア領域ＣＲｋごとに、移流予測を行う。移流予測とは、観測対象の雲内部の降水コア領域ＣＲｋが地上に到達するまでに大気中でどの程度拡散するのか、あるいは地上に到達するまでにどの程度風によって流されるのかを予測することである。
【００２７】
まず、移流予測部１８は、どの程度先の将来まで予測するのかを決めるために、降水コア領域ＣＲｋが地上に到達するまでの時間（以下、予測到達時間と称する）を算出する。移流予測部１８は、降水コア領域ＣＲｋの風向および風速を示すベクトルＵｋと、降水コア領域ＣＲｋの質量と重力加速度とを乗算したベクトルとの合成ベクトルに基づいて、降水コア領域ＣＲｋが現在の位置（高度）から地上に到達するまでの予測到達時間を算出する。降水コア領域ＣＲｋの質量は、降水強度Ｒｉに応じて決定される。例えば、降水コア領域ＣＲｋの質量は降水強度Ｒｉが大きいほど大きくなる傾向にある。
【００２８】
移流予測部１８は、ＣＵＬ（Cubic Lagrange）等の移流モデルに従って、降水コア領域ＣＲｋが地上に到達する際の位置（以下、予測到達位置と称する）を、シミュレーションによって算出する。数式（２）は、移流モデルを示す数式の一例である。
【００２９】
【数２】
2019045146.tif 000004
【００３０】
上記式中のｚは、水平面（ｘ、ｙ）上に設定された気象レーダ装置２００の位置を原点とする直交座標系において、気象レーダ装置２００による観測時の時刻ｔにおけるメッシュ領域Ｍｉごとの降水強度Ｒｉを表すパラメータ（すなわちｚは（ｘ、ｙ、ｔ）の関数）である。Ｕは、ｘ軸方向に関する降水コア領域ＣＲｋの風向および風速を示すベクトルであり、Ｖは、ｙ軸方向に関する降水コア領域ＣＲｋの風向および風速を示すベクトルであり、Ｗは、降水コア領域ＣＲｋの移動に伴う形状の変化量を表す定数（発達衰弱項）である。移動に伴う形状の変化量とは、回転、せん断的歪み、膨張、収縮等により形状が変化する際の度合を示す指標である。鉛直方向（ｚ軸方向）における降水コア領域ＣＲｋの変化量は、Ｗの定数項として考慮されるものとする。移流予測部１８は、これらＵ、Ｖ、Ｗのパラメータを、数式（３）に示す連立１次式を最小自乗推定問題や逐次推定問題として解くことで決定する。
【００３１】
【数３】
2019045146.tif 000005
【００３２】
ｃ１からｃ９のパラメータは、過去に観測された観測データを用いて決定され、予め記憶部３０に格納されていてよい。これらｃ１からｃ９のパラメータは、所定の期間（例えば１時間程度）一定であるものとして扱われる。移流予測部１８は、ｃ１からｃ９のパラメータを、数式（４）に示す特性微分方程式に代入し、Ｗによって表される降水強度Ｒｉに対応するメッシュ領域Ｍｉの予測到達位置を算出する。
【００３３】
【数４】
2019045146.tif 000006
【００３４】
数式ｄｘ／ｄｔ、ｄｙ／ｄｔによって定められる特性曲線上で、降水強度Ｒｉを表すパラメータＷは、ｄｚ／ｄｔに従って変化する。例えば、着目するメッシュ領域Ｍｉごとの現時刻ｔ０での位置座標を（ｘｔ０、ｙｔ０）として表す場合、移流予測部１８は、上述した数式（４）に基づいて、現在の位置座標（ｘｔ０、ｙｔ０）から、予測到達時間分進んだ将来の時刻τにおける位置座標（ｘτ、ｙτ）を算出する。この将来の時刻τにおける位置座標（ｘτ、ｙτ）は、水平方向におけるメッシュ領域Ｍｉの移動量のみを表しているため、移流予測部１８は、さらに降水コア領域ＣＲｋの質量と重力加速度とに基づいて、将来の時刻τにおける位置座標を鉛直方向（ｚ軸方向）において補正する。これによって、移流予測部１８は、予測到達時間分進んだ将来の時刻τにおけるメッシュ領域Ｍｉの位置座標（ｘτ、ｙτ、ｚτ）を予測する。なお、移流予測部１８は、さらに降水コア領域ＣＲｋが地上に到達するまでに受ける空気抵抗等を考慮して、メッシュ領域Ｍｉの位置座標（ｘτ、ｙτ、ｚτ）を予測してもよい。このようにして予測された将来の時刻τにおけるメッシュ領域Ｍｉの位置座標（ｘτ、ｙτ、ｚτ）は、予測到達時間を考慮したことから、地上の地表面上、あるいは地表面近傍に位置する。本実施形態では、将来の時刻τにおけるメッシュ領域Ｍｉの位置座標（ｘτ、ｙτ、ｚτ）は、地表面上にあるものとして説明する。
【００３５】
移流予測部１８は、上述した移流予測のシミュレーションを、降水コア領域ＣＲｋを構成する全てのメッシュ領域Ｍｉ、あるいは代表されるいくつかのメッシュ領域Ｍｉに対して行い、メッシュ領域Ｍｉのそれぞれの将来の時刻τにおける位置座標を算出する。移流予測部１８は、算出した位置座標に仮想的にメッシュ領域Ｍｉを配置し、地表面上において複数のメッシュ領域Ｍｉにより仮想的に形成される領域（以下、予想降水領域Ｓｋと称する）の位置を、降水コア領域ＣＲｋの予測到達位置として算出する。
【００３６】
図４は、予想降水領域Ｓｋの形成結果の一例を示す図である。図示の例では、３つの降水コア領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３には、同一の風向および風速を示すベクトルＵｋが設定されている。また、図中に示す符号Ｇは、地上の地表面を示す。
【００３７】
一般的に、降水強度Ｒｉの大きい降水コア領域ＣＲｋほど、降雨量（または降雪量）が多い傾向がある。このような降水強度Ｒｉの大きい降水コア領域ＣＲｋは、単位体積当たりの雲粒の密度が高い、あるいは雲粒自体の大きさが大きい場合が多い。従って、降水強度Ｒｉの大きい降水コア領域ＣＲｋほど、質量が大きく、降雨（または降雪）時に上空から地上に到達するまでの時間が短くなりやすい。
【００３８】
例えば、３つの降水コア領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３の中で最も降水強度Ｒｉの大きい降水コア領域ＣＲ１は、質量が大きいため風の影響を受けにくく、雲の直下付近に降水コア領域ＣＲ１に対応した予想降水領域Ｓ１が形成されやすい。また、３つの降水コア領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３の中で最も降水強度Ｒｉの小さい降水コア領域ＣＲ３は、質量が小さいため風の影響を受けやすい。そのため、降水コア領域ＣＲ３に対応する予想降水領域Ｓ３は、降水コア領域ＣＲ１やＣＲ２に対応した予想降水領域Ｓｋの位置よりも、より遠い位置に形成されやすい。また、降水コア領域ＣＲ３に対応する予想降水領域Ｓ３は、風の影響により、地上に到達するまでの間に領域が広がりやすい。そのため、予想降水領域Ｓ３は、降水コア領域ＣＲ３を単に地表面Ｇに投影させたときの領域に比してより大きい領域として形成されやすい。
【００３９】
降水リスク導出部２０は、降水コア領域導出部１４により導出された降水コア領域ＣＲｋごとの降水強度Ｒｉと、移流予測部１８により算出された予測到達時間とに基づいて、地上における降水のリスクＰｋを導出する。降水のリスクＰｋとは、降水量や降水に至るまでの時間に応じた指標である。例えば、降水のリスクＰｋは、降水コア領域ＣＲｋの到達位置ごとに導出され、地上に到達する降水コア領域ＣＲｋの降水強度Ｒｉを、降水コア領域ＣＲｋの予測到達時間で除算した値として定義される。そのため、降水リスク導出部２０は、降水強度Ｒｉの大きい降水コア領域ＣＲｋほど、降水のリスクＰｋを高い値で導出する。
【００４０】
降水リスク導出部２０は、移流予測部１８の予測結果によって、地表面Ｇの各予想降水領域Ｓｋに対して、降水のリスクＰｋを導出する。例えば、降水リスク導出部２０は、導出した降水のリスクＰｋを基準値Ｄと比較することで、降水のリスクＰｋを分類する。本実施形態では、降水リスク導出部２０は、２つの基準値Ｄｘ、Ｄｙを用いて、降水のリスクＰｋを３つのカテゴリーに分類する。例えば、降水リスク導出部２０は、降水のリスクＰｋがＤｘ以上（Ｒｉ≧Ｄｘ）である場合、降水のリスクＰｋをリスクが高い（高リスク）ことを示すカテゴリーに分類し、降水のリスクＰｋがＤｘ未満且つＤｙ以上（Ｄｘ＞Ｒｉ≧Ｄｙ）である場合、降水のリスクＰｋをリスクが中程度（中リスク）であることを示すカテゴリーに分類し、降水のリスクＰｋがＤｙ未満（Ｄｙ＞Ｒｉ）である場合、降水のリスクＰｋをリスクが低い（低リスク）ことを示すカテゴリーに分類する。なお、この基準値Ｄは、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。この場合、降水リスク導出部２０は、降水のリスクＰｋを２つ、あるいは４つ以上のカテゴリーに分類する。
【００４１】
上述した図４の例では、降水リスク導出部２０は、予想降水領域Ｓ１に対して、予測元の降水コア領域ＣＲ１の降水強度Ｒ１および予測到達時間に基づいて降水のリスクＰ１を導出する。図示の例では、予想降水領域Ｓ１に対する降水のリスクＰ１は、“高リスク”に分類されている。同様に、降水リスク導出部２０は、降水コア領域ＣＲ２の予想降水領域Ｓ２と、降水コア領域ＣＲ３の予想降水領域Ｓ３とに対して、それぞれの予測元の降水コア領域ＣＲｋの降水強度Ｒｉおよび予測到達時間に基づいて降水のリスクＰｋを導出する。図示の例では、降水コア領域ＣＲ２に対応する予想降水領域Ｓ２に対する降水のリスクＰ２は“中リスク”に分類され、降水コア領域ＣＲ３に対応する予想降水領域Ｓ３に対する降水のリスクＰ３は“低リスク”に分類されている。
【００４２】
画像生成部２２は、降水リスク導出部２０によって導出された予想降水領域Ｓｋごとの降水のリスクＰｋの分類結果と、地表面Ｇの地図情報とを組み合わせた情報（以下、降水地点情報と称する）に基づいて、画像を生成する。例えば、画像生成部２２は、カテゴリーごとの降水のリスクＰｋの代表値（例えば平均値）を輝度値に変換した画像を生成する。ここで、輝度値とは、色空間における色を表現する３つの成分に関する情報である。例えば、画像生成部２２は、ＹＵＶやＹＣｂＣｒ等の所定の色フォーマットに準じて降水のリスクＰｋの代表値を輝度値に変換する。
【００４３】
また、画像生成部２２は、降水コア領域導出部１４により導出された降水コア領域ＣＲｋごとの降水強度Ｒｉを示す情報（以下、雨雲規模情報と称する）と、地表面Ｇから降水コア領域ＣＲｋまでの距離（高度）を示す情報とに基づいて、画像を生成してもよい。例えば、画像生成部２２は、降水コア領域ＣＲｋごとの降水強度Ｒｉを輝度値に変換した画像を生成する。
【００４４】
出力部２４は、画像生成部２２により生成された画像を示す情報を、例えば、ＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワークを介して、ユーザが操作するスマートフォンやタブレット端末等の表示装置を兼ねる携帯型の端末装置や据え置き型の端末装置に出力する。この場合、端末装置には、図５、６に示すような画面が表示される。
【００４５】
図５は、降水地点情報に基づく画面の一例を示す図である。図示の例のように、端末装置の画面には、地表面Ｇを示す地図情報上に予想降水領域Ｓｋが表示され、この予想降水領域Ｓｋがリスクのカテゴリーごとに色分けされて表示される。例えば、“高リスク”のカテゴリーに属する予想降水領域Ｓ１は赤色、“中リスク”のカテゴリーに属する予想降水領域Ｓ２は黄色、“低リスク”のカテゴリーに属する予想降水領域Ｓ３は青色、といったように色分けされる。
【００４６】
図６は、雨雲規模情報に基づく画面の一例を示す図である。図示の例のように、端末装置の画面には、上空の位置に降水コア領域ＣＲｋが色分けされて表示される。
【００４７】
また、出力部２４は、画像生成部２２により生成された画像を示す情報を、ウェブサーバに出力してもよい。このウェブサーバは、例えば、端末装置がウェブブラウザを介してアクセス可能なウェブページを提供するものであり、気象予測装置１００から受信した画像等をウェブページ上に組み込み、このウェブページを端末装置に提供する。この結果、端末装置には、上述した図５、６に示すような降水地点情報あるいは雨雲規模情報に基づく画面が表示される。なお、出力部２４は、降水地点情報に基づく画像の情報と、雨雲規模情報に基づく画像の情報との双方を、端末装置やウェブサーバ等に出力してもよい。
【００４８】
図７は、第１の実施形態における気象予測装置１００による処理の一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期で繰り返し行われる。
まず、メッシュパラメータ算出部１２は、通信インターフェース１０により観測データが受信されると（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、観測データ３２のメッシュ領域Ｍｉごとに、降水強度Ｒｉを算出する（ステップＳ１０２）。次に、降水コア領域導出部１４は、メッシュパラメータ算出部１２により算出された降水強度Ｒｉが同程度のメッシュ領域Ｍｉ同士を合わせた降水コア領域ＣＲｋを、上空の雲を含む３次元空間において導出する（ステップＳ１０４）。
【００４９】
次に、風向風速推定部１６は、メッシュ領域Ｍｉごとのレーダ反射因子Ｚｉとドップラー速度Ｄｉに基づいて、メッシュ領域Ｍｉごとの風向および風速を推定する（ステップＳ１０６）。次に、移流予測部１８は、降水コア領域導出部１４により導出された降水コア領域ＣＲｋごとに、移流予測を行って、降水コア領域ＣＲｋごとの予測到達時間および予測到達位置を算出する（ステップＳ１０８）。
【００５０】
次に、降水リスク導出部２０は、降水コア領域導出部１４により導出された降水コア領域ＣＲｋごとの降水強度Ｒｉと、移流予測部１８により算出された予測到達時間とに基づいて、地上における降水のリスクＰｋを導出する（ステップＳ１１０）。次に、画像生成部２２は、降水リスク導出部２０によって導出された予想降水領域Ｓｋごとの降水のリスクＰｋの分類結果と、地表面Ｇの地図情報とを組み合わせた降水地点情報に基づいて、画像を生成する（ステップＳ１１２）。次に、出力部２４は、画像生成部２２により生成された画像を示す情報を、端末装置やウェブサーバ等に出力する（ステップＳ１１４）。これによって、本フローチャートの処理が終了する。
【００５１】
以上説明した第１の実施形態における気象予測装置１００によれば、気象レーダ装置２００によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクＰｋを導出することにより、降水による地上への影響の度合いを精度良く予測することができる。
【００５２】
また、第１の実施形態における気象予測装置１００によれば、地上における降水のリスクＰｋを示す情報を画像情報として、ユーザが操作する端末装置等に送信するため、ユーザは、降水による地上への影響の度合いを事前に知ることができる。
【００５３】
（第１の実施形態の変形例）
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。上述した第１の実施形態における降水リスク導出部２０は、地表面Ｇに形成された複数の予想降水領域Ｓｋが互いに重なり合う場合、重なり合った領域Ｓｘに対して、新たに降水のリスクＰｋを導出してよい。
【００５４】
図８は、複数の予想降水領域Ｓｋが互いに重なり合う場合の一例を示す図である。図示の例では、降水コア領域ＣＲ１に対応する予想降水領域Ｓ１と、降水コア領域ＣＲ３に対応する予想降水領域Ｓ３とが重なり合っている。この場合、降水リスク導出部２０は、予想降水領域Ｓ１と予想降水領域Ｓ３とが重なり合う領域Ｓｘ（以下、重畳領域Ｓｘと称する）を導出する。そして、降水リスク導出部２０は、重畳領域Ｓｘの降水のリスクＰｋを新たに導出する。
【００５５】
例えば、降水リスク導出部２０は、重畳領域Ｓｘにおいて、予想降水領域Ｓ１の降水強度Ｒ１と予想降水領域Ｓ３の降水強度Ｒ３との平均を算出すると共に、降水コア領域ＣＲ１の予測到達時間と降水コア領域ＣＲ３の予測到達時間との平均を算出する。降水リスク導出部２０は、平均した降水強度および予測到達時間に基づいて、重畳領域Ｓｘにおける降水のリスクＰｋを導出する。この結果として、図示の例では、重畳領域Ｓｘが“中リスク”のカテゴリーに分類されている。
【００５６】
また、降水リスク導出部２０は、重なり合う複数の予想降水領域Ｓｋのうち、より降水強度Ｒｉの大きい予想降水領域Ｓｋに対して導出された降水のリスクＰｋを、重畳領域Ｓｘの降水のリスクＰｋとしてもよい。この場合、図８の例では、降水リスク導出部２０は、重畳領域Ｓｘを、予想降水領域Ｓ３の一部領域として扱う。また反対に、降水リスク導出部２０は、重なり合う複数の予想降水領域Ｓｋのうち、より降水強度Ｒｉの小さい予想降水領域Ｓｋに対して導出された降水のリスクＰｋを、重畳領域Ｓｘの降水のリスクＰｋとしてもよい。
【００５７】
また、山間部のように地表面Ｇが平坦でない場合、降水リスク導出部２０は、各降水コア領域ＣＲ１の予測到達位置に応じて、移流予測部１８により算出された予測到達時間に対して重みを付けてよい。
【００５８】
図９は、地表面Ｇが平坦でない場合の一例を示す図である。図示の例では、風向および風速を示すベクトルＵｋが示す方向に沿って、ある地表面Ｇの一部が鉛直方向に高さ（高度）Ｈ分だけ隆起している。この場合、降水リスク導出部２０は、例えば、より高い位置に形成される予想降水領域Ｓ２や予想降水領域Ｓ３の降水のリスクＰ２、Ｐ３を導出する際に、これら予想降水領域Ｓ２、Ｓ２の予測到達位置に応じて予測到達時間に重みを付ける。この結果、本来であれば上述した図４に示すように、予想降水領域Ｓ３は、“低リスク”のカテゴリーに分類されるが、図９の例では、予測到達時間に重みを付けたことにより、“中リスク”のカテゴリーに分類されている。また、同じ予想降水領域Ｓｋ内であっても、地表面Ｇの高度に応じて予想到達時間が変動するため、領域内の位置応じて降水のリスクＰｋにばらつきが生じる。そのため、降水リスク導出部２０は、同じ予想降水領域Ｓｋ内でもカテゴリーを分けてよい。図９の例では、降水リスク導出部２０は、降水コア領域ＣＲ２に対応する予想降水領域をＳ２とＳ２＃とに分割し、これら２つの予想降水領域を異なるカテゴリーに分類している。これによって、画像生成部２２は、同じ予想降水領域Ｓｋ内を、地表面Ｇの高度に応じて色分けした画像を生成することができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態における気象予測装置１００Ａについて説明する。第２の実施形態における気象予測装置１００Ａでは、地上において降水コア領域ＣＲｋを導出する点で第１の実施形態と相違する。従って、係る相違点を中心に説明し、共通する部分についての説明は省略する。
【００６０】
図１０は、地上において降水コア領域ＣＲｋを導出する様子を模式的に示す図である。第２実施形態における移流予測部１８は、メッシュ領域Ｍｉごとの降水強度Ｒｉに基づいて、メッシュ領域Ｍｉごとに予測到達時間を算出する。そして、移流予測部１８は、メッシュ領域Ｍｉごとの風向および風速および降水強度Ｒｉに基づいて移流予測のシミュレーションを行い、全てのメッシュ領域Ｍｉのそれぞれの将来の時刻τにおける位置座標を地表面Ｇ上で算出し、この位置座標にメッシュ領域Ｍｉを仮想的に配置する。
【００６１】
降水コア領域導出部１４は、地表面Ｇ上に仮想的に配置されたメッシュ領域Ｍｉを、降水強度Ｒｉが同程度のメッシュ領域Ｍｉ同士を合わせた降水コア領域ＣＲｋを、地上の地表面Ｇにおいて導出する。図示の例では、降水コア領域導出部１４は、地表面Ｇにおいて、降水コア領域ＣＲ１と降水コア領域ＣＲ２とを導出している。降水リスク導出部２０は、降水コア領域導出部１４により地表面Ｇにおいて導出された降水コア領域ＣＲｋに対して、降水のリスクＰｋを導出する。
【００６２】
図１１は、第２の実施形態における気象予測装置１００による処理の一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期で繰り返し行われる。
まず、メッシュパラメータ算出部１２は、通信インターフェース１０により観測データが受信されると（ステップＳ２００；Ｙｅｓ）、観測データ３２のメッシュ領域Ｍｉごとに、降水強度Ｒｉを算出する（ステップＳ２０２）。次に、風向風速推定部１６は、メッシュ領域Ｍｉごとのレーダ反射因子Ｚｉとドップラー速度Ｄｉに基づいて、メッシュ領域Ｍｉごとの風向および風速を推定する（ステップＳ２０４）。
【００６３】
次に、移流予測部１８は、メッシュ領域Ｍｉごとに移流予測を行って、メッシュ領域Ｍｉごとの予測到達時間および予測到達位置を算出する（ステップＳ２０６）。次に、降水コア領域導出部１４は、メッシュ領域Ｍｉごとの予測到達位置に基づいて、降水強度Ｒｉが同程度のメッシュ領域Ｍｉ同士を合わせた降水コア領域ＣＲｋを、地上の地表面Ｇにおいて導出する（ステップＳ２０８）。
【００６４】
次に、降水リスク導出部２０は、降水コア領域導出部１４により地表面Ｇにおいて導出された降水コア領域ＣＲｋごとの降水強度Ｒｉと、移流予測部１８により算出された予測到達時間とに基づいて、地上における降水のリスクＰｋを導出する（ステップＳ２１０）。次に、画像生成部２２は、降水リスク導出部２０によって導出された降水コア領域ＣＲｋごとの降水のリスクＰｋの分類結果と、地表面Ｇの地図情報とを組み合わせた降水地点情報に基づいて、画像を生成する（ステップＳ２１２）。次に、出力部２４は、画像生成部２２により生成された画像を示す情報を、端末装置やウェブサーバ等に出力する（ステップＳ２１４）。これによって、本フローチャートの処理が終了する。
【００６５】
以上説明した第２の実施形態における気象予測装置１００Ａによれば、第１の実施形態と同様に、気象レーダ装置２００によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクＰｋを導出することにより、降水による地上への影響の度合いを精度良く予測することができる。
【００６６】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態における気象予測装置１００Ｂについて説明する。第３の実施形態における気象予測装置１００Ｂでは、風向風速計測装置３００によって計測された風向および風速を、降水コア領域ＣＲｋの風向および風速として扱う点で第１および第２の実施形態と相違する。従って、係る相違点を中心に説明し、共通する部分についての説明は省略する。
【００６７】
図１２は、第３の実施形態における気象予測装置１００Ｂの構成の一例を示す図である。第３の実施形態における気象予測装置１００Ｂでは、風向風速推定部１６が省略されてよい。風向風速計測装置３００は、例えば、プロペラと、垂直尾翼とを含み、風が吹くと垂直尾翼により胴体が回転しプロペラが風上に向く。風向風速計測装置３００は、胴体の向きから風向を、プロペラの回転数から風速を測定する。風向風速計測装置３００は、測定した風向および風速を示す情報（風向風速情報）と、自身が設置された位置を示す情報（位置情報）とを気象予測装置１００Ｂに送信する。例えば、風向風速計測装置３００は、各地に点在するように設置される。
【００６８】
第３の実施形態における通信インターフェース１０は、複数の風向風速計測装置３００と通信を行い、複数の風向風速計測装置３００から風向風速情報および位置情報をそれぞれ受信する。例えば、移流予測部１８は、風向風速計測装置３００の設置位置と、降水コア領域ＣＲｋの水平方向における位置とを比較して、降水コア領域ＣＲｋの水平方向における位置に最も近い風向風速計測装置３００を特定し、この特定した風向風速計測装置３００により測定された風向および風速を、降水コア領域ＣＲｋ、あるいは降水コア領域ＣＲｋを構成する複数のメッシュ領域Ｍｉのそれぞれの風向および風速とする。そして、移流予測部１８は、風向風速計測装置３００により測定された風向および風速を用いて、メッシュ領域Ｍｉごとに移流予測を行う。
【００６９】
なお、気象予測装置１００Ｂは、上述した風向風速計測装置３００から得られる情報に代えて、気球等の飛翔物に設けられた気象観測装置（ラジオゾンデ）から、大気中の気圧、気温、湿度、風向、風速、高度等の情報を取得することで、メッシュ領域Ｍｉごとに移流予測を行ってもよい。
【００７０】
以上説明した第３の実施形態における気象予測装置１００Ｂによれば、第１および第２の実施形態と同様に、気象レーダ装置２００によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクＰｋを導出することにより、降水による地上への影響の度合いを精度良く予測することができる。
【００７１】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、気象レーダ装置２００によって得られた上空の気象状態に基づいて、地上における降水のリスクＰｋを導出することにより、降水による地上への影響の度合いを精度良く予測することができる。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１０…通信インターフェース、１２…メッシュパラメータ算出部、１４…降水コア領域導出部、１６…風向風速推定部、１８…移流予測部、２０…降水リスク導出部、２２…画像生成部、２４…出力部、３０…記憶部、１００…気象予測装置、２００…気象レーダ装置、３００…風向風速計測装置
【図１】
2019045146.tif 000007
【図２】
2019045146.tif 000008
【図３】
2019045146.tif 000009
【図４】
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【図５】
2019045146.tif 000011
【図６】
2019045146.tif 000012
【図７】
2019045146.tif 000013
【図８】
2019045146.tif 000014
【図９】
2019045146.tif 000015
【図１０】
2019045146.tif 000016
【図１１】
2019045146.tif 000017
【図１２】
2019045146.tif 000018