(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気象レーダによる探知結果から取得された所定の物理量から観測対象としての雲について発雷可能性が「大」か「小」かの二種類に分別する判定（以下、大小判定と記す）を行う複数の発雷判定部を備え、前記複数の発雷判定部における発雷可能性の判定結果に基づいて前記雲の発雷危険度の判別を行う発雷判定システムであって、
前記複数の発雷判定部のうち二つの発雷判定部の判定結果からは、前記雲は三レベルの発雷危険度に分別され、
その二つの発雷判定部のうちの第一の発雷判定部の、実際の発雷数に対して発雷可能性大と判定していた数の比率を示す雷捕捉率、および実際に発雷しなかった数に対して発雷可能性大と判定していた数の比率を示す雷捕捉誤り率は、前記二つの発雷判定部のうちの第二の発雷判定部の値より高く、
前記第一の発雷判定部の判定結果が発雷可能性小である場合には発雷危険度を低レベルと判別し、第一の発雷判定部の判定結果が発雷可能性大でありかつ前記第二の発雷判定部の判定結果が発雷可能性小である場合には発雷危険度を中レベルと判別し、また第一の発雷判定部の判定結果が発雷可能性大でありかつ第二の発雷判定部の判定結果が発雷可能性大である場合には発雷危険度を高レベルと判別する手法を元にし、二つの発雷判定を順次適用して三段階の発雷危険度に分別することを特徴とする発雷判定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発雷判定システムであって、
前記複数の発雷判定部は三つの発雷判定部であり、三つの前記発雷判定部の判定を順次適用して四段階の発雷危険度に分別し、
三つの発雷判定部として、
エコー強度データが基準レベルより高い領域の頂点の高度としてのエコー頂高度が、所定温度となる高度より高い場合には、発雷可能性大と判定し、そのエコー頂高度が所定温度となる高度より低い場合には、発雷可能性小と判定するエコー頂判定部と、
エコー強度データの鉛直方向の積算値が所定の閾値より高い場合には、発雷可能性大と判定し、その積算値が所定の閾値より低い場合には発雷可能性小と判定する、前記エコー頂判定部より雷捕捉率および雷捕捉誤り率ともに低いＶＩ判定部と、
所定高度のエコー強度データが所定の閾値より高い場合には、発雷可能性大と判定し、その高度のエコー強度データが所定の閾値より低い場合には、発雷可能性小と判定する、前記ＶＩ判定部より雷捕捉率および雷捕捉誤り率ともに低い強度判定部と、
を備えることを特徴とする発雷判定システム。
【請求項３】
前記強度判定部は、複数高度においてエコー強度データが所定の閾値より高い場合に発雷可能性大と判定することを特徴とする請求項２に記載の発雷判定システム。
【請求項４】
前記第一の発雷判定部による判定結果に基づいて前記第二の発雷判定部による判定が行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発雷判定システム。
【請求項５】
気象レーダによる探知結果から取得された所定の物理量から観測対象としての雲について発雷可能性が「大」か「小」かの二種類に分別する判定を行う複数の発雷判定ステップを備え、前記複数の発雷判定部における発雷可能性の判定結果に基づいて前記雲の発雷危険度の判別を行う発雷判定方法であって、
前記複数の発雷判定部のうち二つの発雷判定ステップによる判定結果からは、前記雲は三レベルの発雷危険度に分別され、
その二つの発雷判定ステップのうちの第一の発雷判定ステップの、実際の発雷数に対して発雷可能性大と判定していた数の比率を示す雷捕捉率、および実際に発雷しなかった数に対して発雷可能性大と判定していた数の比率を示す雷捕捉誤り率は、前記二つの発雷判定ステップのうちの第二の発雷判定ステップの値より高く、
前記第一の発雷判定ステップでの判定結果が発雷可能性小である場合には発雷危険度を低レベルと判別し、第一の発雷判定ステップでの判定結果が発雷可能性大でありかつ前記第二の発雷判定ステップでの判定結果が発雷可能性小である場合には発雷危険度を中レベルと判別し、また第一の発雷判定ステップでの判定結果が発雷可能性大でありかつ第二の発雷判定ステップでの判定結果が発雷可能性大である場合には発雷危険度を高レベルと判別することを特徴とする発雷判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気象レーダによる探知結果から取得された所定の物理量から観測対象としての雲について発雷危険度の判別を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
気象レーダの探知結果から落雷確率を算出したり、あるいは発雷危険度を判別したりする技術として、特開平７−１１０３７８号公報、特開平１０−２６８０６４号公報等に開示されるような技術が従来から既に知られており、これらはそれぞれ一定の成果を上げている。
【０００３】
この種の技術では、従来より、エコー強度、エコー頂（エコー強度データが基準レベルとなる頂点の高度）、エコー頂温度、ＶＩＬ（鉛直方向積算水分量）等に基づく判定が用いられているが、個々の判定要素の実際の発雷との相関についての検証は乏しく、必ずしも精度の高い手法とはなっていないのが現状である。発明者らは、これら判定要素の実際の発雷との相関について調査研究を重ね、それらの相関の違いを利用して発雷危険度をより精度良く取得する手法を発明するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる発雷判定システムは、気象レーダによる探知結果から取得された所定の物理量から観測対象としての雲について発雷可能性が「大」か「小」かの二種類に分別する判定（以下、大小判定と記す）を行う複数の発雷判定部を備え、前記複数の発雷判定部における発雷可能性の判定結果に基づいて前記雲の発雷危険度の判別を行う発雷判定システムであって、前記複数の発雷判定部のうち二つの発雷判定部の判定結果からは、前記雲は三レベルの発雷危険度に分別され、その二つの発雷判定部のうちの第一の発雷判定部の、実際の発雷数に対して発雷可能性大と判定していた数の比率を示す雷捕捉率、および実際に発雷しなかった数に対して発雷可能性大と判定していた数の比率を示す雷捕捉誤り率は、前記二つの発雷判定部のうちの第二の発雷判定部の値より高く、前記第一の発雷判定部の判定結果が発雷可能性小である場合には発雷危険度を低レベルと判別し、第一の発雷判定部の判定結果が発雷可能性大でありかつ前記第二の発雷判定部の判定結果が発雷可能性小である場合には発雷危険度を中レベルと判別し、また第一の発雷判定部の判定結果が発雷可能性大でありかつ第二の発雷判定部の判定結果が発雷可能性大である場合には発雷危険度を高レベルと判別する手法を元にし、二つの発雷判定を順次適用して三段階の発雷危険度に分別することを特徴とする。
【０００５】
かかる構成により、発雷危険度の判別精度が向上する。図３は、複数の判定手法で発雷判定を行った場合の判定手法別の雷捕捉率および雷捕捉誤り率をプロットしたものである。ここで、雷捕捉率Ｘは、図４に示すように、実際の発雷数Ｎ１に対して発雷可能性大と判定していた数Ａの比率であり、また雷捕捉誤り率Ｙは、実際に発雷しなかった数Ｎ２に対して発雷可能性大と判定していた数Ｂの比率である。なお、この図３では、横軸は雷捕捉率Ｘ、縦軸は雷捕捉誤り率Ｙであり、同じ探知結果に対する実績については実線でつないである。
【０００６】
図３に示す実績では、複数の手法として、強度判定、エコー頂判定、ＶＩ判定を用いている。このうち強度判定とは、所定高度（例えば高度２０００ｍ）のエコー強度データが所定の閾値より高い場合には発雷可能性大と判定し、その高度のエコー強度データが所定の閾値より低い場合には発雷可能性小と判定する手法である。なお、図３に示す強度判定の結果は、所定の二つの高度における判定結果に基づくものであり、より具体的には、エコー強度データが、それら二つの高度の双方でそれぞれの閾値より高い場合について発雷可能性大と判定され、それ以外の場合については発雷可能性小と判定されたものである。また、エコー頂判定とは、エコー強度データが基準レベルより高い領域の頂点の高度としてのエコー頂高度が、所定温度（例えば−２０°Ｃ）となる高度より高い場合には、発雷可能性大と判定し、そのエコー頂高度が、所定温度となる高度より低い場合には、発雷可能性小と判定する手法である。また、ＶＩ判定とは、エコー強度データの鉛直方向の積算値が所定の閾値より高い場合には発雷可能性大と判定し、その積算値が所定の閾値より低い場合には発雷可能性小と判定する手法である。
【０００７】
図３からわかるように、各判定手法によって雷捕捉率Ｘおよび雷捕捉誤り率Ｙが異なっている。ほとんどの場合において、エコー頂判定は、雷捕捉率が高いが、雷捕捉誤り率も高く、ＶＩ判定は、雷捕捉率および雷捕捉誤り率共に、エコー頂判定より低く、強度判定は、雷捕捉率および雷捕捉誤り率共に、ＶＩ判定より低くなっている。
【０００８】
雷捕捉率（＝実際に発雷した数のうち発雷可能性大という判定が出ていた数の比率）が高いということは、発雷可能性小という判定がなされた場合に実際に発雷してしまう確率が低いと考えることができる。つまり雷捕捉率が高い手法による可能性小の判定は、雷捕捉率が低い他の手法による可能性小の判定より、その信頼性が高いと言える。また一方、雷捕捉誤り率が低い手法による可能性大の判定は、雷捕捉誤り率が高い他の手法による可能性大の判定より、信頼性が高いと言える。
【０００９】
そこで、本発明にかかる発雷判定システムは、雷捕捉率が高い第一の判定手法によって可能性小と判定された雲をまず発雷危険度が低いレベルとして分別し、そこで低いレベルとして分別されない雲（すなわち第一の判定手法によって可能性大と判定された雲）について、さらに雷捕捉誤り率の低い第二の判定手法によって発雷危険度が高いレベルと中程度のレベルとに分別する。すなわち、さらに第二の判定手法でも可能性大と判定された雲（すなわち第一および第二の判定手法の双方によって可能性大と判定された雲）を発雷危険度が高いレベルと分別し、第二の判定手法によっては可能性小となった雲を中レベルに分別する。こうすることで、より精度の高い発雷危険度判定が実現される。
【００１０】
雷捕捉率および雷捕捉誤り率が上記の条件を満たす判定手法であれば、第一および第二の判定手法として採用することができる。例えば、エコー頂判定を第一の判定手法としたときは、第二の判定手法としてＶＩ判定または強度判定を用いることができるし、ＶＩ判定を第一の判定手法としたときは、第二の判定手法として強度判定を用いることができる。さらに、三つ以上の発雷判定を雷捕捉率および雷捕捉誤り率が高い順に二つの場合と同様に順次適用して、四段階以上の発雷危険度に分別することも可能である。
【００１１】
また、上記強度判定については、さらに、複数高度においてエコー強度データがそれぞれ所定の閾値より高い場合に可能性大と判定し、それ以外の場合に可能性小と判定するのが好適である。
【００１２】
また、第二の判定手法による発雷判定は、第一の判定手法による発雷判定の後に行い、さらに第一の判定手法によって可能性大とされた場合についてのみ行うようにするのが好適である。こうすれば、発雷判定および危険度判別にかかる処理の無駄を低減するとともに処理をより迅速に行うことができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる発雷判定システム１０について図面を参照して説明する。図１は、発雷判定システム１０のブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、発雷判定システム１０は、気象レーダにおいて複数仰角で観測したエコーデータとしてのＰＰＩ（Plan Positioning Indicator）強度データを座標変換して複数高度のＣＡＰＰＩ（Constant Altitude PPI；定高度ＰＰＩ）データを演算するＣＡＰＰＩデータ演算部１２と、ＣＡＰＰＩデータから発雷判定の元データを生成する前処理部１４と、各部の処理に必要なデータを記憶するデータ記憶部１５と、発雷判定および発雷危険度判別を行う発雷判定処理部１６と、発雷判定処理部１６における判定結果を表示するための表示情報を生成する表示情報生成部１７と、表示部（例えばＣＲＴ等）１８と、を備える。
【００１５】
ＣＡＰＰＩデータ演算部１２は、水平面上で直交するｘ軸およびｙ軸と、鉛直方向に伸びるｚ軸とで示される三次元空間上に離散化された格子点（ｘ，ｙ，ｚ）におけるエコー強度データ（ＣＡＰＰＩデータ）を演算する。演算されたＣＡＰＰＩデータは、データ記憶部１５に記憶される。
【００１６】
前処理部１４は、ＣＡＰＰＩデータを鉛直方向（ｚ軸方向）に積算したＶＩデータを算出するＶＩデータ算出部２０と、ＶＩデータのうち所定の基準を満たす（例えば所定の閾値より高い）データについて領域認識処理およびラベリング処理を行う領域認識処理部２２と、ＣＡＰＰＩデータのうち所定の基準を満たす（例えば所定の閾値より高い）データの頂点の高度としてのエコー頂データを取得するエコー頂データ取得部２４と、を備える。ここで、ＶＩデータおよびエコー頂データは、例えば、二次元水平面上に離散化された格子点におけるデータとして取得される。また領域認識処理部２２は、例えば、図２に示すように、所定の基準を満たす点（図２の（ａ））が隣接しているとき、それらの点を同じ領域にある点として認識する。こうして、基準を満たして隣接する点の集合として、領域（以下、セルと記す）が認識され、ラベリングされる（図２の（ｂ））。発雷判定処理部１６においては、このセルが発雷判定対象の雲塊として取り扱われ、セル毎に発雷判定および発雷危険度判別が行われる。なお、前処理部１４で取得されたデータは、データ記憶部１５に記憶される。
【００１７】
発雷判定処理部１６は、エコー頂判定部２６と、ＶＩ判定部２８と、２高度強度判定部３０と、を備える。
【００１８】
所定のセルについて、まずエコー頂判定部２６において、発雷判定が行われる。エコー頂判定部２６は、予め別の手法によって取得され入力された所定温度（例えば−２０°Ｃ）層高度と、セル内の各点のエコー頂データ（高度）とを比較することで、発雷可能性を判定する。より具体的には、エコー頂判定部２６は、例えば、セル内に、この所定温度層高度を超えるエコー頂データの点があれば、発雷可能性大と判定し、そうでない場合は発雷可能性小と判定する。エコー頂判定部２６によって発雷可能性小と判定されたセルは、最も発雷危険度の低いレベル０に分類される。なお、ここでの発雷判定を、セル内で基準を満たす（例えば所定温度層高度を超える等）点の数（すなわち水平面上の面積）によって行うようにしてもよい。より具体的には、セル内で基準を満たす点数が所定数を超える場合（すなわちセル内で基準を満たす領域の面積が所定値より大きい場合）に、発雷可能性大と判定される。これにより、より精度の高い判定を行うことができる。
【００１９】
エコー頂判定部２６において発雷可能性大と判定されたセルについては、さらにＶＩ判定部２８によるＶＩ判定が行われる。ＶＩ判定部２８は、セル内の各点のＶＩデータと所定の閾値とを比較することで、発雷可能性を判定する。より具体的には、ＶＩ判定部２８は、例えば、セル内に、閾値を超えるＶＩデータの点があれば、発雷可能性大と判定し、そうでない場合は発雷可能性小と判定する。ＶＩ判定部２８によって発雷可能性小と判定されたセルは、レベル０より発雷危険度の高いレベル１に分類される。なお、ここでの発雷判定を、セル内で基準を満たす（例えば閾値を超える等）点数（すなわち水平面上の面積）によって行うようにしてもよい。より具体的には、セル内で基準を満たす点数が所定数を超える場合（すなわちセル内で基準を満たす領域の面積の割合が所定値より大きい場合）に、発雷可能性大と判定される。これにより、より精度の高い判定を行うことができる。
【００２０】
ＶＩ判定部２８において発雷可能性大と判定されたセルについては、さらに２高度強度判定部３０による強度判定が行われる。２高度強度判定部３０は、セル（ここでは、ＶＩデータによってセルとして認識された二次元平面上の領域の鉛直上方の三次元領域を意味する）内の各点のエコー強度データと所定の閾値とを、二つの所定高度において、それぞれ比較し、その比較した結果に基づいて発雷可能性を判定する。より具体的には、例えば、両高度において、それぞれの閾値を超えるエコー強度データの点があれば、発雷可能性大と判定し、そうでない場合は発雷可能性小と判定する。２高度強度判定部３０によって発雷可能性小と判定されたセルは、レベル１より発雷危険度の高いレベル２に分類され、発雷可能性大と判定されたセルは、レベル２より高いレベル３に分類される。なお、ここでの発雷判定を、セル内で基準を満たす（例えば閾値を超える等）点の数（すなわち水平面上の面積）によって行うようにしてもよい。より具体的には、セル内で基準を満たす点数が所定数を超える場合（すなわちセル内で基準を満たす領域の面積が所定値より大きい場合）に、発雷可能性大と判定される。これにより、より精度の高い判定を行うことができる。なお、発雷判定処理部１６で取得された発雷危険度は、データ記憶部１５に記憶される。
【００２１】
領域認識処理部２２において認識された全セルに対し、発雷判定処理部１６により発雷危険度の判別が行われる。表示情報生成部１７は、こうして取得された全セルに対する発雷危険度および他のデータ（例えばＶＩデータ，セルの識別データ等）をデータ記憶部１５から取得し、レーダ画面に表示するための表示情報を生成する。より具体的には、図２の（ｃ）に示すように、各セルが、その発雷危険度が判別可能となる表示形態（例えば発雷危険度に応じたセルの色分け、あるいは発雷危険度を示す文字あるいは数値の表示など）で表示されるための表示情報が、生成される。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雷捕捉率および雷捕捉誤り率ともに高い判定手法と、それらがともに低い判定手法とを組み合わせて発雷危険度の判別を行うことで、より精度の高い発雷判定が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる発雷判定システムのブロック図である。
【図２】  本発明の実施形態にかかる発雷判定システムにおける、所定の基準を満たすＶＩデータ（ａ）、領域認識およびラベリングされたセル（ｂ）、および各セルに対する発雷危険度を含むセルの表示画面（ｃ）を示す図である。
【図３】  同じ雲に対して複数の発雷判定手法で発雷判定を行った場合の雷捕捉率および雷捕捉誤り率を示す図である。
【図４】  雷捕捉率および雷捕捉誤り率の定義を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  発雷判定システム、１２  ＣＡＰＰＩデータ演算部、１４  前処理部、１５  データ記憶部、１６  発雷判定処理部、１７  表示情報生成部、１８  表示部、２０  ＶＩデータ算出部、２２  領域認識処理部、２４  エコー頂データ取得部、２６  エコー頂判定部、２８  ＶＩ判定部、３０  ２高度強度判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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