(57)【要約】【課題】正確な降水予測を行う。【解決手段】降水強度を測定する降水強度測定部２と、大気中に含まれる水蒸気に関するデータである水蒸気データを算出する水蒸気データ算出部と、移流方程式に含まれる発達衰弱項を、水蒸気データ算出部によって算出された水蒸気データを用いて算出する発達衰弱項算出部と、発達衰弱項算出部によって算出された発達衰弱項が用いられた移流方程式に基づき、降水強度を予測して予測降水強度として算出する降水強度予測部と、を備えた降水予測システム１を構成する。【選択図】図１
2017003416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移流方程式を用いて降水強度を予測する降水予測システムであって、
降水強度を測定する降水強度測定部と、
大気中に含まれる水蒸気に関するデータである水蒸気データを算出する水蒸気データ算出部と、
前記移流方程式に含まれる発達衰弱項を、前記水蒸気データ算出部によって算出された前記水蒸気データを用いて算出する発達衰弱項算出部と、
前記発達衰弱項算出部によって算出された前記発達衰弱項が用いられた前記移流方程式に基づき、降水強度を予測して予測降水強度として算出する降水強度予測部と、
を備えていることを特徴とする、降水予測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の降水予測システムにおいて、
前記降水強度予測部には、前記降水予測システムとは異なるシステムとしての気象データ処理システムによって処理された気象データも入力され、該降水強度予測部は、前記気象データにも基づいて前記予測降水強度を算出することを特徴とする、降水予測システム。
【請求項３】
請求項２に記載の降水予測システムにおいて、
前記気象データ処理システムは、気象観測所で得られた前記気象データを処理して前記降水強度予測部に出力することを特徴とする、降水予測システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載の降水予測システムにおいて、
前記発達衰弱項算出部は、気温、気圧、風向、風速、及び雷放電数、のうちの少なくとも１つにも基づいて、前記発達衰弱項を算出することを特徴とする、降水予測システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の降水予測システムにおいて、
前記降水強度予測部は、ある時刻における前記予測降水強度と前記降水強度測定部で測定された前記降水強度とが平滑化係数によって平滑化された平滑化降水強度に基づいて、前記ある時刻より後の時刻における前記予測降水強度を算出することを特徴とする、降水予測システム。
【請求項６】
請求項５に記載の降水予測システムにおいて、
前記平滑化係数を、前記水蒸気データ算出部によって算出された前記水蒸気データの値に応じて変動させる平滑化係数決定部を更に備えていることを特徴とする、降水予測システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６に記載の降水予測システムにおいて、
前記水蒸気データ算出部は、前記水蒸気データとして、水蒸気量、及び水蒸気量の時間変化率、のうちの少なくとも１つを算出することを特徴とする、降水予測システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７に記載の降水予測システムにおいて、
ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機を更に備え、
前記水蒸気データ算出部は、前記ＧＰＳ受信機で受信された前記ＧＰＳ信号に基づいて前記水蒸気データを算出することを特徴とする、降水予測システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８に記載の降水予測システムにおいて、
前記降水強度予測部によって算出された予測降水強度が閾値を超過した場合、該閾値を超過したエリアとしての豪雨予測エリアを楕円状に表示する表示装置、を更に備えていることを特徴とする、降水予測システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の降水予測システムにおいて、
前記表示装置には、楕円状に表示される前記豪雨予測エリアが、該豪雨予測エリアの進行方向に沿う方向が前記楕円の長軸方向となるように表示されることを特徴とする、降水予測システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項８に記載の降水予測システムにおいて、
前記降水強度予測部によって算出された予測降水強度が閾値を超過した場合、該閾値を超過したエリアとしての豪雨予測エリアの形状が、該豪雨予測エリアの進行速度に応じて異なる形状に表示される表示装置、を更に備えていることを特徴とする、降水予測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、降水強度を予測する降水予測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている降水予測システムとして、例えば特許文献１に開示されるようなシステムが挙げられる。このシステムでは、例えば段落００３５等に開示されるように、いわゆる移流方程式を用いて降水予測を行っている。また、移流方程式を用いた降水強度の具体的な予測手法については、例えば非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０７４６２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中北英一他１名、“地形性降雨を考慮した移流モデルによる短時間降雨予測手法の精度向上に関する研究”、［online］、平成２１年６月、京都大学防災研究所年報、［平成２７年５月２０日検索］、インターネット（URL: http://www.dpri.kyoto-u.ac.jp/nenpo/no52/ronbunB/a52b0p56.pdf）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した移流方程式は、既に存在している雨域の移動を予測するには有効な手法であるものの、新たな雨域が発生する場合には対応できない。また、局所的或いは急速な雨域の発達及び衰退にも対応できない虞がある。また、発達・衰退項（上記特許文献１の（１）式におけるｗ）が位置座標（ｘ，ｙ）の一次結合で表され、水蒸気から雲ができやがて雨になるといった物理過程に基づく数式になっていないので、実際の雨域の発達及び衰退を正しく記述できていない虞がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、正確な降水予測を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る降水予測システムは、移流方程式を用いて降水強度を予測する降水予測システムであって、降水強度を測定する降水強度測定部と、大気中に含まれる水蒸気に関するデータである水蒸気データを算出する水蒸気データ算出部と、前記移流方程式に含まれる発達衰弱項を、前記水蒸気データ算出部によって算出された前記水蒸気データを用いて算出する発達衰弱項算出部と、前記発達衰弱項算出部によって算出された前記発達衰弱項が用いられた前記移流方程式に基づき、降水強度を予測して予測降水強度として算出する降水強度予測部と、を備えている。
【０００８】
（２）好ましくは、前記降水強度予測部には、前記降水予測システムとは異なるシステムとしての気象データ処理システムによって処理された気象データも入力され、該降水強度予測部は、前記気象データにも基づいて前記予測降水強度を算出する。
【０００９】
（３）更に好ましくは、前記気象データ処理システムは、気象観測所で得られた前記気象データを処理して前記降水強度予測部に出力する。
【００１０】
（４）好ましくは、前記発達衰弱項算出部は、気温、気圧、風向、風速、及び雷放電数、のうちの少なくとも１つにも基づいて、前記発達衰弱項を算出する。
【００１１】
（５）好ましくは、前記降水強度予測部は、ある時刻における前記予測降水強度と前記降水強度測定部で測定された前記降水強度とが平滑化係数によって平滑化された平滑化降水強度に基づいて、前記ある時刻より後の時刻における前記予測降水強度を算出する。
【００１２】
（６）更に好ましくは、前記降水予測システムは、前記平滑化係数を、前記水蒸気データ算出部によって算出された前記水蒸気データの値に応じて変動させる平滑化係数決定部を更に備えている。
【００１３】
（７）好ましくは、前記水蒸気データ算出部は、前記水蒸気データとして、水蒸気量、及び水蒸気量の時間変化率、のうちの少なくとも１つを算出する。
【００１４】
（８）好ましくは、前記降水予測システムは、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機を更に備え、前記水蒸気データ算出部は、前記ＧＰＳ受信機で受信された前記ＧＰＳ信号に基づいて前記水蒸気データを算出する。
【００１５】
（９）好ましくは、前記降水予測システムは、前記降水強度予測部によって算出された予測降水強度が閾値を超過した場合、該閾値を超過したエリアとしての豪雨予測エリアを楕円状に表示する表示装置、を更に備えている。
【００１６】
（１０）更に好ましくは、前記表示装置には、楕円状に表示される前記豪雨予測エリアが、該豪雨予測エリアの進行方向に沿う方向が前記楕円の長軸方向となるように表示される。
【００１７】
（１１）好ましくは、前記降水予測システムは、前記降水強度予測部によって算出された予測降水強度が閾値を超過した場合、該閾値を超過したエリアとしての豪雨予測エリアの形状が、該豪雨予測エリアの進行速度に応じて異なる形状に表示される表示装置、を更に備えている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、正確な降水予測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る降水予測システムのブロック図である。
【図２】図１に示す表示用データ作成装置によって作成された表示用データの一例を示す図であって、表示装置に表示される予測降水強度分布図の一例を示す図である。
【図３】図１に示す予測処理装置のブロック図である。
【図４】天頂大気遅延量の経時変化と、天頂大気遅延量の時間変化率の経時変化とを重ねて示すグラフである。
【図５】変形例に係る降水予測システムのブロック図である。
【図６】変形例に係る降水予測システムのブロック図である。
【図７】図６に示す予測処理装置のブロック図である。
【図８】変形例に係る降水予測システムの表示装置に表示される表示画面の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明は、降水強度を予測する降水予測システムとして広く適用することができる。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る降水予測システム１のブロック図である。本実施形態に係る降水予測システム１によれば、降水を観測可能な領域（観測領域）内の各地点における降水量の予測を精度良く行うことができる。降水予測システム１は、特に、突発的且つ局所的な豪雨を予測するのに適した構成を有している。
【００２２】
降水予測システム１は、図１に示すように、降水観測レーダー２（降水強度測定部）、ＧＰＳ受信機３、予測処理装置１０、表示用データ作成装置４、及び表示装置５、を備えている。
【００２３】
降水観測レーダー２は、電磁波を送受波可能なアンテナ（図示省略）等を有する。降水観測レーダー２では、アンテナが、観測領域に送信波としての電磁波を送信するとともに、当該送信波が雨粒によって反射して帰来する受信波を受波する。そして、降水観測レーダー２は、当該受信波から得られる受信信号に基づき、観予測処理装置測領域内の各地点における降水強度を、所定のタイミング毎に（タイムステップ毎に）算出する。降水観測レーダー２で算出された降水強度は、観測降水強度として、都度、予測処理装置１０に通知される。
【００２４】
ＧＰＳ受信機３は、観測領域内の各地点に含まれる水蒸気に関するデータを算出するためのものである。本実施形態では、ＧＰＳ受信機３は、複数（例えば１０個程度）設けられている。ＧＰＳ受信機３は、ＧＰＳ衛星（図示省略）から送信されたＧＰＳ信号を受信するとともに、当該ＧＰＳ信号を予測処理装置１０に出力する。
【００２５】
予測処理装置１０は、降水観測レーダー２によって算出された観測降水強度と、ＧＰＳ信号から得られる天頂大気遅延量ＺＴＤ（水蒸気データ）とに基づき、各地点における降水強度を予測する。予測処理装置１０の詳細な構成及び動作については、詳しくは後述する。
【００２６】
図２は、表示用データ作成装置４によって作成された表示用データの一例を示す図であって、表示装置５に表示される所定時間後の予測降水強度分布図の一例を示す図である。表示用データ作成装置４は、予測処理装置１０によって算出された、観測領域内における各地点での予測降水強度に基づき、所定時間後の予測降水強度分布図の画像データ（表示用データ）を生成する。表示用データ作成装置４は、このようにして生成した表示用データを、表示装置５に出力する。
【００２７】
表示装置５は、表示用データ作成装置４によって作成された表示用データに基づき、所定時間後の予測降水強度分布図（図２参照）を表示する。表示装置５では、各地点（図２における各セル）における予測降水強度が、色調に対応させられて各地点に表示される。具体的には、例えば一例として、降水強度が大きくなるにつれて、水色、青、黄色、橙、赤、の色調が、各地点に表示される。なお、図２では、降水強度を、各地点に表示されたドットの濃さに対応させている。
【００２８】
また、表示装置５では、例えば一例として、所定時間後に豪雨が予測されるエリアである豪雨予測エリアＺが、図２に示すような円形状に表示される。これにより、ユーザは、豪雨が予測されるエリアを、画面上に表示される地図（図２に示す例では、大阪湾周辺が表示されている）に照らし合わせて容易に把握することができる。
【００２９】
［予測処理装置の構成］
図３は、予測処理装置１０の構成を示すブロック図である。図３に示すように、予測処理装置１０は、ゲイン決定処理部２０と、降水強度予測処理部３０と、を備えている。
【００３０】
ゲイン決定処理部２０は、詳しくは後述する降水強度平滑部３２で用いられるフィルタゲインα，βを決定するためのものである。ゲイン決定処理部２０は、ＺＴＤ算出部２１（水蒸気データ算出部）と、ＺＴＤ変化率算出部２２（水蒸気データ算出部）と、ゲイン決定部２３と、を備えている。
【００３１】
ＺＴＤ算出部２１は、ＧＰＳ受信機３で受信されたＧＰＳ信号に基づき、観測領域内の各地点に含まれる水蒸気量を指標する値である水蒸気量指標値（水蒸気データ）を算出する。ＺＴＤ算出部２１は、この水蒸気指標値として、天頂大気遅延量ＺＴＤ（Zenith Total Delay）を算出する。ＺＴＤ算出部２１は、所定のタイミング毎に、天頂大気遅延量ＺＴＤを観測する。ＺＴＤ算出部２１で算出された各タイミングにおける天頂大気遅延量ＺＴＤは、都度、ＺＴＤ変化率算出部２２及びゲイン決定部２３に通知される。
【００３２】
ＺＴＤ変化率算出部２２は、ＺＴＤ算出部２１から通知された各地点における時刻毎のＺＴＤの時間変化率ΔＺＴＤ（水蒸気データ）を算出する。具体的には、例えば、ＺＴＤ変化率算出部２２は、連続する２つのタイミング間におけるＺＴＤの差を前記タイミング間の時間で除算した値を、ＺＴＤ変化率ΔＺＴＤとして算出する。ＺＴＤ変化率算出部２２は、所定のタイミング毎に、ΔＺＴＤを算出する。ＺＴＤ変化率算出部２２で算出された各タイミングにおけるＺＴＤ変化率ΔＺＴＤは、都度、ゲイン決定部２３に通知される。
【００３３】
ゲイン決定部２３は、ＺＴＤ算出部２１から通知された天頂大気遅延量ＺＴＤと、ＺＴＤ変化率算出部２２から通知されたＺＴＤ変化率ΔＺＴＤとに基づいて、第１フィルタゲインα（平滑化係数）及び第２フィルタゲインβ（平滑化係数）の値を決定する。
【００３４】
ゲイン決定部２３は、フィルタゲインαを以下のように決定する。具体的には、ゲイン決定部２３は、ＺＴＤが所定値以下であり、且つ所定値を超えるΔＺＴＤが所定タイムステップ連続して続いていない場合、詳しくは後述する所定関数を用いて決定される値であってタイムステップ毎に決定されるαＡ（ｋ）の値を、第１フィルタゲインαの値として用いる。一方、ゲイン決定部２３は、ＺＴＤが所定値を超えた場合、又は所定値を超えるΔＺＴＤが所定タイムステップ連続して続いた場合、αＡ（ｋ）がかさ上げされて１に近い値となったαＢ（ｋ）を、第１フィルタゲインαの値として用いる。
【００３５】
また、ゲイン決定部２３は、フィルタゲインβを以下のように決定する。具体的には、ゲイン決定部２３は、ＺＴＤが所定値以下であり、且つ所定値を超えるΔＺＴＤが所定タイムステップ連続して続いていない場合、詳しくは後述する所定関数を用いて決定される値であってタイムステップ毎に決定されるβＡ（ｋ）の値を、第２フィルタゲインβの値として用いる。一方、ゲイン決定部２３は、ＺＴＤが所定値を超えた場合、又は所定値を超えるΔＺＴＤが所定タイムステップ連続して続いた場合、βＡ（ｋ）がかさ上げされて１に近い値となったβＢ（ｋ）を、第２フィルタゲインβの値として用いる。
【００３６】
図４は、所定地点における天頂大気遅延量ＺＴＤの経時変化と、該所定地点における降水強度の経時変化とを重ねて示すグラフである。なお、図４における破線のグラフが天頂大気遅延量ＺＴＤの経時変化を示すグラフであり、図４における実線のグラフが降水強度の経時変化を示すグラフである。図４を参照すると、天頂大気遅延量ＺＴＤが７時３０分〜８時１５分程度にかけて徐々に増加した後、９時１０分程度をピークとする突発的な降水が観測されていることがわかる。すなわち、図４のように、天頂大気遅延量ＺＴＤが所定値を超えた後、又は所定値を超える天頂大気遅延量の変化率ΔＺＴＤが所定タイムステップ連続して続いた後、突発的な降水が発生することが推測される。ゲイン決定部２３は、このように突発的な降水が予測されるような状況（ＺＴＤが所定値を超えた場合、又は所定値を超えるΔＺＴＤが所定タイムステップ連続して続いた場合）、１に近い比較的大きな値を、フィルタゲインの値として決定する。
【００３７】
降水強度予測処理部３０は、観測領域内の各地点における今後の降水強度（予測降水強度）を予測する処理を行う。降水強度予測処理部３０は、降水強度予測部３１と、降水強度平滑部３２と、変化速度平滑部３３と、を有している。
【００３８】
降水強度予測部３１は、以下の式（１）で示す移流方程式を用いて、降水強度を予測する。すなわち、降水強度予測部３１は、予測降水強度を算出する。
【００３９】
【数１】
2017003416.tif 000003
【００４０】
式（１）において、ｚは、時刻ｔにおける地点（ｘ，ｙ）での降水強度である。また、ｕ及びｖは、移流ベクトルと呼ばれ、ｕ＝ｃ１ｘ＋ｃ２ｙ+ｃ３、ｖ＝ｃ４ｘ+ｃ５ｙ+ｃ６、で表すことができる。ｃ１〜ｃ６は、降水強度予測部３１によって同定されるパラメータであって、例えば一例として、過去３０分の各タイムステップにおける予測降雨強度及び観測高強度を用いて、重回帰分析に基づき同定される。なお、ｃ１〜ｃ６の同定手法については、従来から知られているものであるため、その説明を省略する。
【００４１】
また、式（１）におけるｗは、発達衰弱項と呼ばれる項であり、一般的な移流方程式では、ｗ＝ｃ７ｘ＋ｃ８ｙ+ｃ９、と表される。しかしながら、ｗがこのように表された移流方程式を用いると、新たな雨域の発生、並びに、局所的或いは急速な雨域の発達及び衰退に対応できない。更に、上述のように表された発達衰弱項は、位置座標（ｘ，ｙ）の一次結合で表されており、水蒸気から雲ができやがて雨になるといった物理過程に基づく数式になっていないので、実際の雨域の発達及び衰退を正しく記述できていない虞がある。
【００４２】
これに対して、本実施形態の降水強度予測部３１は、以下の式（２）及び（３）で表すことができる平滑変化速度Ｚｓ’（Ｘｋ）を用いて発達衰弱項ｗを求める。すなわち、降水強度予測部３１は、発達衰弱項を算出する発達衰弱項算出部３１ａを有している。降水強度予測部３１によれば、詳しくは後述するが、過去に算出した予測降水強度と観測降水強度との誤差を学習しながら次のタイムステップにおける降水強度を予測できるため、各地点における降水強度を正確に予測することができる。そして、この平滑変化速度Ｚｓ’は、詳しくは後述するが、大気中に含まれる水蒸気についても加味したパラメータであるため、当該平滑変化速度Ｚｓ’を発達衰弱項ｗとして用いることにより、降水強度の予測精度をより高めることができる。
【００４３】
【数２】
2017003416.tif 000004
【００４４】
【数３】
2017003416.tif 000005
【００４５】
式（２）及び式（３）では、発達衰弱項をｗｋ（ｋ＝１，２，３，…）としている。ｋは、予測降水強度が算出されるタイムステップを示す。発達衰弱項ｗｋは、タイムステップ毎に算出される。本実施形態におけるタイムステップの間隔（ステップ時間Δτ）は、１分である。
【００４６】
また、Ｘｋは、ｘ及びｙの関数であって、タイムステップｋ時における所定の雨域（雨雲）の位置を示し、当該Ｘｋを過去３０分間に含まれる各タイムステップ時における雨域の位置を繋いだ曲線は、特性基礎曲線と呼ばれるものである。この特性基礎曲線により、雨雲の軌跡（雨雲が経過とともにどのような経路に沿って移動してきたか）を知ることができる。
【００４７】
次に、降水強度予測部３１は、同定されたｃ１〜ｃ６、及び直近で算出された平滑変化速度（すなわち発達衰弱項ｗ）を式（１）で示す移流方程式に代入してＺを解析的に解くことにより、予測降水強度を算出する。この際、降水強度予測部３１は、非特許文献１にも記載されているように、上述した特性基礎曲線を遡ることにより、予測降水強度を算出する。これにより、降水強度予測処理部３０は、式（１）に示す移流方程式を解いて予測降水強度を算出する際、過去における予測降水強度と観測降水強度との誤差を学習し、且つ大気中に含まれる水蒸気についても加味した発達衰弱項を用いた降水強度予測を行っていることになる。従って、降水強度を正確に予測することができる。
【００４８】
降水強度平滑部３２は、直近で算出されたタイムステップｋ時における予測降水強度Ｚｐ（Ｘｋ）と、降水観測レーダー２で算出されたタイムステップｋ時における観測降水強度Ｚｏ（Ｘｋ）と合成して平滑化することにより、直近のタイミングで予測された予測降水強度Ｚｐ（Ｘｋ）を補正して、平滑降水強度Ｚｓ（Ｘｋ）を算出する。具体的には、降水強度平滑部３２は、以下の式（４）を用いて、平滑降水強度Ｚｓ（Ｘｋ）を算出する。
【００４９】
【数４】
2017003416.tif 000006
【００５０】
ここで、式（４）におけるα（ｋ）は、上述した第１フィルタゲインαであって、その値として、以下の式（５）で表されるαＡ（ｋ）、又は当該αＡ（ｋ）がかさ上げされたαＢ（ｋ）が用いられる。いずれの値が用いられるかは、上述したゲイン決定部２３によって決定される。なお、この式（５）で示すフィルタゲインαＡ（ｋ）は、あくまで一例であり、その他の関数によって定義されてもよく、或いは、定数として設定されてもよい。
【００５１】
【数５】
2017003416.tif 000007
【００５２】
変化速度平滑部３３は、予測降水強度Ｚｐ（Ｘｋ）を時間微分した値として得られる予測変化速度Ｚｐ’（Ｘｋ）と、予測降水強度Ｚｐ（Ｘｋ）と、観測降水強度Ｚｏ（Ｘｋ）とを合成して平滑化することにより予測変化速度Ｚｐ’（Ｘｋ）を補正して、平滑変化速度Ｚｓ’（Ｘｋ）を算出する。具体的には、変化速度平滑部３３は、以下の式（６）を用いて、平滑変化速度Ｚｓ’（Ｘｋ）を算出する。
【００５３】
【数６】
2017003416.tif 000008
【００５４】
ここで、式（６）におけるβ（ｋ）は、上述した第２フィルタゲインβであって、その値として、以下の式（７）で表されるβＡ（ｋ）、又は当該βＡ（ｋ）がかさ上げされたαＢ（ｋ）が用いられる。いずれの値が用いられるかは、上述したゲイン決定部２３によって決定される。なお、この式（７）で示すフィルタゲインβＡ（ｋ）は、あくまで一例であり、その他の関数によって定義されてもよく、或いは、定数として設定されてもよい。
【００５５】
【数７】
2017003416.tif 000009
【００５６】
そして、降水強度予測処理部３０では、観測降水強度が算出される毎に（すなわち１分毎に）、その観測降水強度にも基づいてｃ１〜ｃ６が新たに同定され、当該新たに同定されたｃ１〜ｃ６に基づいて予測降水強度が算出される。
【００５７】
以上のように、降水強度予測処理部３０では、（ａ）あるタイムステップで観測降水強度が算出された後における、当該観測降水強度を用いたｃ１〜ｃ６の同定、（ｂ）フィルタゲインα及びβによる発達衰弱項の補正、（ｃ）補正された発達衰弱項の移流方程式への代入後、移流方程式におけるｚを解析的に解くことによる予測降水強度の算出、（ｄ）次のタイムステップで観測降水強度が算出された後における、当該観測降水強度を用いたｃ１〜ｃ６の同定、が行われる。そして、降水強度予測処理部３０では、その後（ｂ）〜（ｄ）の処理が繰り返されることにより、水蒸気データが加味された発達衰弱項が用いられた移流方程式により、３０分後の降雨強度の予測が、タイムステップ間隔で（本実施形態の場合、１分間隔で）行われることになる。
【００５８】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る降水予測システム１によれば、移流方程式における発達衰弱項ｗを、大気中に含まれる水蒸気に関するデータ（本実施形態の場合、ＺＴＤ及びΔＺＴＤ）に応じて決定している。本実施形態では、ＺＴＤ及びΔＺＴＤの値に応じて、発達衰弱項ｗの値に影響を与える第１フィルタゲインα及び第２フィルタゲインβの値を決定している。すなわち、降水予測システム１によれば、発達衰弱項ｗに大きく影響を与える水蒸気データに応じて、当該発達衰弱項ｗの値を決定している。
【００５９】
従って、降水予測システム１によれば、正確な降水予測を行うことができる。
【００６０】
また、降水予測システム１によれば、予測降水強度と観測降水強度とがフィルタゲインαによって平滑化された平滑化降水強度に基づいて、次のタイムステップにおける予測降水強度が算出される。これにより、予測降水強度が観測降水強度によって平滑化された値に基づいて（すなわち、観測降水強度によって補正された予測降水強度に基づいて、更に言い換えれば、観測降水強度との誤差が学習された予測降水強度に基づいて）、次のタイムステップにおける予測降水強度が算出されるため、より正確に降水強度を予測できる。
【００６１】
また、降水予測システム１によれば、水蒸気データとして、水蒸気量に相当するデータである天頂大気遅延量ＺＴＤ及び天頂大気遅延量の変化率ΔＺＴＤを用いているため、比較的容易に得られた水蒸気データを用いて、降水強度を正確に予測できる。
【００６２】
また、降水予測システム１によれば、ＧＰＳ受信機３によって受信されたＧＰＳ信号に基づいてＺＴＤ及びΔＺＴＤを算出しているため、比較的容易にＺＴＤ及びΔＺＴＤを算出することができる。
【００６３】
また、降水予測システム１によれば、豪雨予測の可能性が高くなったとき（すなわち、ＺＴＤが所定値を超えたとき、又は所定値を超えるΔＺＴＤが所定タイムステップ連続して続いた場合）に、フィルタゲインα及びβの値を１に近づけることにより、式（２）及び（３）を用いて算出される平滑降水強度及び平滑変化速度における、予測降水強度及び予測変化速度の比重を高めることができる。すなわち、降水予測システム１ｂによれば、豪雨予測性に優れた降水予測システムを提供できる。
【００６４】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６５】
（１）図５は、変形例に係る降水予測システム１ａのブロック図である。上述した実施形態では、移流方程式における発達衰弱項ｗを水蒸気データに基づいて算出したが、これに限らない。具体的には、水蒸気データだけでなく、気象観測所５０によって得られる気象データにも基づいて、発達衰弱項ｗを算出してもよい。気象観測所５０から得られる気象データとしては、例えば、気温、気圧、風速、風向、雷放電数等が挙げられる。気象観測所５０によって得られたこれらの気象データは、気象データ処理システム５１によって適宜処理され、予測処理装置１０ａに入力される。そして、本変形例の予測処理装置１０ａの降水強度予測部は、水蒸気に関するデータだけでなく、気象データ処理システム５１で処理された上記気象データにも基づき、発達衰弱項を算出する。
【００６６】
以上のように、本変形例によれば、移流方程式における発達衰弱項ｗを、水蒸気データだけでなく、その他の気象情報（気温、気圧等）にも基づいて算出できるため、より精度の高い予測降水強度を得ることができる。
【００６７】
また、例えば日本における気象庁は、気象観測所５０のデータ等を用いて全国各地の気象を予測しているが、気象の予測対象となる計算領域は予め決定されているため、ユーザのニーズに合わせて計算領域をカスタマイズすることができない。また、気象庁で行われている局地モデルでは、３時間以上経過した後の気象予測においては比較的精度が高いが、短時間後（例えば３０分後）における気象予測については、精度良く行うことができない。
【００６８】
これに対して、本変形例に係る降水予測システム１ａによれば、降水観測レーダー２、ＧＰＳ受信機３等を適切に配置することにより、ユーザのニーズに合わせて計算領域をカスタマイズできるとともに、降水強度を予測するために、気象観測所５０によって得られた広範囲に亘るデータを利用することができる。すなわち、降水予測システム１ａによれば、局所的な降水予測を、より正確に行うことができる。
【００６９】
また、降水予測システム１ａによれば、各地に点在する気象観測所５０の気象データを利用して予測降水強度を算出できる。すなわち、降水予測システム１ａによれば、既存の設備（気象観測所）を利用して予測降水強度を算出できるため、設備を新たに設置することなく、予測降水強度を正確に算出することができる。
【００７０】
（２）図６は、変形例に係る降水予測システム１ｂのブロック図である。また、図７は、図６に示す予測処理装置１０ｂのブロック図である。上述した実施形態では、移流方程式における発達衰弱項ｗを水蒸気データに基づいて算出したが、これに限らない。具体的には、水蒸気データだけでなく、その他のデータにも基づいて、発達衰弱項ｗを算出してもよい。図６及び図７に示す例では、発達衰弱項ｗの値に影響を与える第１フィルタゲインα及び第２フィルタゲインβを、水蒸気量、気温変化率、気圧変化率、風速変化率、風向変化率、及び雷放電数、によって決定している。なお、予測処理装置１０ｂに入力されるこれらのパラメータは、ウェザーステーション等の気象観測計で得られたデータによって算出される。
【００７１】
本変形例のゲイン決定処理部２０ａは、上述した実施形態と同様、ＺＴＤ算出部と、ＺＴＤ変化率算出部と、ゲイン決定部２３ａと、を備えている。ここで、本変形例におけるＺＴＤ算出部及びＺＴＤ変化率算出部は、上述した実施形態におけるＺＴＤ算出部２１及びＺＴＤ変化率算出部２２と構成及び動作が同じであるため、説明を省略する。なお、図７では、ＺＴＤ算出部及びＺＴＤ変化率算出部の図示を省略している。
【００７２】
本変形例のゲイン決定部２３ａは、上述した実施形態のゲイン決定部２３ａと構成及び動作が異なる。具体的には、ゲイン決定部２３ａは、上述した実施形態のゲイン決定部２３ａと同様にしてＺＴＤ及びΔＺＴＤに基づいてゲインα及びβを決定する。
【００７３】
ゲイン決定部２３ａは、豪雨可能性を判定する対象地点の予測降水強度を算出する際に用いられるフィルタゲインα及びβを決定する。その際、ゲイン決定部２３ａは、対象地点、及び当該対象地点に隣接する隣接地点のそれぞれについて、現在から所定時間遡った過去の所定時刻までの各時刻において、気温低下率が所定の閾値以上である点（気温が急激に低下した点）、気圧低下率が所定の閾値以上である点（気圧が急激に低下した点）、風速変化率が所定の閾値以上である点（風速が急激に変化した点）、風向変化率が所定の閾値以上である点（風の向きが急激に変化した点）、及び雷放電数が所定の閾値以上である点、をカウントする。そして、ゲイン決定部２３ａは、そのカウント値が所定数Ｍ以上の場合、集中豪雨の可能性が高くなったとして、式（５）及び式（７）で算出されるゲインαＡ（ｋ）及びβＡ（ｋ）がかさ上げされて１に近づいたαＢ（ｋ）及びβＢ（ｋ）を、ゲインα及びβとして決定する。
【００７４】
以上のように、本変形例に係る降水予測システム１ｂでは、大気中に含まれる水蒸気量に関するデータだけでなく、その他のパラメータ（気温変化率、気圧変化率等）にも基づいてゲインα及びβを決定している。このように、水蒸気に関するデータだけでなく、その他の気象データにも基づいて降水強度を予測することで、より正確に降水強度を算出することができる。
【００７５】
また、降水予測システム１ｂのように、豪雨予測の可能性が高くなったときにフィルタゲインα及びβの値を１に近づけることにより、式（２）及び（３）を用いて算出される平滑降水強度及び平滑変化速度における、予測降水強度及び予測変化速度の比重を高めることができる。すなわち、降水予測システム１ｂによれば、豪雨予測性に優れた降水予測システムを提供できる。
【００７６】
（３）図８は、変形例に係る降水予測システム１ｂの表示装置に表示される表示画面の一例である。上述した実施形態に係る降水予測システムでは、豪雨予測エリアＺが円形状に表示されたが、これに限らず、豪雨予測エリアＺを、図８に示すような楕円状に表示してもよい。なお、図８では、豪雨予測エリアＺの見かけ上の進行方向が図８に示す直線矢印方向である例を示している。
【００７７】
実際に豪雨が予測される地点の予測誤差は、当該地点の見かけ上の進行方向に沿って大きくなる一方、その進行方向に直交する方向については小さくなる。すなわち、図８に示すように、豪雨が予測される地点の見かけ上の進行方向に楕円の長軸方向が沿い、且つその進行方向に直交する方向に楕円の短軸方向が沿うように豪雨予測エリアＺを表示することで、実際に豪雨が予測されるエリアを、予測誤差も含めて適切に表示することができる。
【００７８】
以上のように、本変形例に係る降水予測システム１ｂでは、豪雨予測エリアＺが楕円状に表示される。これにより、豪雨予測エリアＺが点状或いは円状に表示される場合と比べて、豪雨予測エリアＺの形状の自由度を上げることができるため、豪雨予測エリアＺの形状を、実際に豪雨が発生すると予測されるエリアの範囲に近い形状で表示することができる。
【００７９】
また、降水予測システム１ｂでは、楕円の長軸が豪雨予測エリアＺの進行方向に沿うように、豪雨予測エリアＺが表示される。これにより、移動誤差が適切に加味された豪雨予測エリアＺを表示することができるため、予報に対する空振り（予報発令したが豪雨が発生しない状況）、又は見逃し（予報発令しないのに豪雨が発生する状況）が起こる確率を低減することができる。
【００８０】
なお、本変形例では、豪雨予測エリアＺの見かけ上の進行方向に楕円の長軸方向が沿うように豪雨予測エリアＺを表示したが、これに限らず、豪雨予測エリアＺの進行速度に応じて該豪雨予測エリアＺの形状が変化してもよい。具体的には、例えば一例として、豪雨予測エリアＺは、進行速度が比較的速い場合には短軸に対する長軸の比率が高い楕円状に表示され、進行速度が比較的遅い場合には短軸に対する長軸の比率が低い楕円状に表示され、進行速度がゼロに近い場合には円形状に表示されてもよい。これにより、豪雨予測エリアＺの範囲をより適切に表現することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１，１ａ，１ｂ        降水予測システム
２                    降水観測レーダー（降水強度測定部）
２１                  ＺＴＤ算出部（水蒸気データ算出部）
２２                  ＺＴＤ変化率算出部（水蒸気データ算出部）
３１                  降水強度予測部
３１ａ                発達衰弱項算出部
【図１】
2017003416.tif 000010
【図２】
2017003416.tif 000011
【図３】
2017003416.tif 000012
【図４】
2017003416.tif 000013
【図５】
2017003416.tif 000014
【図６】
2017003416.tif 000015
【図７】
2017003416.tif 000016
【図８】
2017003416.tif 000017