5011（ウィンドプロファイラ；渡り鳥；データ品質管理）〔論文〕

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策

小林健二＊・阿保敏広＊・泉川安志＊・河 原恭一＊＊
石原正仁＊・若山俊夫＊＊＊・松田知
要

也＊＊＊

旨

気象庁は2001年6月，全国25地点（2003年5月からは31地点）からなるウィンドプロファイラ観測システム（WINDAS）の運用を開始した．その年の秋，渡り鳥が原因と考えられる異常データの発生を確認した．
渡り鳥に起因すると考えられる信号（渡り鳥エコー）発生時のドップラースペクトルを調べたところ，大気エコー

や降水エコーとは異なる特徴が認められた．また，渡り鳥エコーの発生時期や，その影響を受けた風データの特徴
は，これまで報告されている渡り鳥の生態に対応していた．

渡り鳥エコーが観測データに影響を及ぼさないための対策として，受信信号から大気エコーと渡り鳥エコーを分離し，大気エコーのみを取り出す処理を開発し実観測に導入した．その結果，異常データにもとづく欠測の発生が抑えられるとともに，渡り鳥エコーと大気エコーを分離したことにより，渡り鳥エコー発生時のデータ取得率が向上するなどの効果を確認できた．

を観測することができる．観測値は10分問平均値であ1．はじめに
気象庁は2001年6月，全国25箇所に設置したウィン

り，品質管理を施した後，リアルタイムで数値予報等

ドプロファイラによる高層風観測を開始した．各地のの気象業務の中で利用されている．2002年3月からは，

ウィンドプロファイラはネットワークで結ばれており，機器の制御やデータの収集は気象庁本庁からオン（財）気象業務支援センターを通じて民間気象会社等へ

ラインで行われている．これらウィンドプロファイラ

気象庁月報（CD−ROM）に収録され非即時的データとによる観測システム全体は，WINDAS（WindProfiler

して一般での利用が可能となっている．

NetworkandDataAcquisitionSystem）と呼ばれてのデータ配信が開始された．さらに，同年4月からはウィンドプロファイラは，上空の大気や降水粒子等

いる．なお，2003年3〜5月には，さらに6箇所のウィによって散乱された微弱な電波を受信し，その周波数

ンドプロファイラが増設された（加藤ほか，2003；石偏移を測定することによって風（風向，風速）を測定

原ほか，2004）．

している（小林，2004）．1．3GHz帯ウィンドプロファ

WINDASのウィンドプロファイラが観測に使用す

イラにおいては，大気中に降水粒子があると大気よりる電波の周波数は約1．3GHzであり，従来の分類ではも降水粒子による散乱が優位になるが，降水粒子は大境界層レーダーにあたる（橋口ほか，1999）．高度方向

気と同じ水平移動速度をもつから，このときの観測値に100〜600m間隔（通常の観測モードでは300m間隔），上空平均5kmまで最大9kmまでの風向，風速は風データ（大気の水平移動速度）とみなすことがで＊気象庁観測部．＊＊神戸海洋気象台．
＊＊＊三菱電機株式会社．

◎2005

日本気象学会

2005年1月

きる．しかし，大気中に鳥などが飛翔する場合には事情が異なる．鳥は大気や降水粒子以上に強く電波を散
乱させ，また大気とは異なる移動速度を持っているた

一2003年10月14日受領一め，それが集団で行動するとウィンドプロファイラは一2004年10月18日受理一

その動きをあたかも風として認識してしまうのである．鳥は，季節によって生息場所を移動するいわゆる
1112

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策「渡り」の習性をもつものが多いが，渡りは集団で一定ことがなかったためと考えられる．

方向に移動するため，それらがウィンドプロファイラ

本論文では，WINDASの高層風観測で出現した渡上空を飛ぶときには観測データヘの影響が顕著に現れり鳥エコーについて，その特徴や観測データに与えるる．

影響を述べるとともに，渡り鳥エコーへの対策を報告

WINDASの運用において，渡り鳥を散乱体とする

する．

信号（渡り鳥エコーと呼ぶ）に起因する異常データをはじめて見出したのは，2001年9月であった．ラジオ

2．渡り鳥エコーの発生事例

ゾンデの観測値や数値予報モデルの予報値とは明らか

渡り鳥エコーが原因と思われる異常データの顕著なに異なる向きと強さの風が広い範囲で観測されたので例として，2002年11月19㌣20日，福井における水平風

ある．しかし，異常データの発生原因が渡り鳥にあるの風向・風速とS／N比（信号対雑音比，受信強度と等と判断するまでには数か月を要した．まず，機器の不価）の時間・高度断面図を第1図に示す．全体を概観

具合，信号処理の影響，気象現象など，発生原因としすると，19日夕方〜20日明け方にかけて高度約2kmて考えられることを検証し，それらが異常データの発以下の層で観測データが大きく周囲と異なっているこ

生原因になっていないことを確認した．その上で，異とがわかる．すなわち，地表から高度1km付近にかけ

常データの出現時刻，季節，高度，及び異常データのては，19日の17時20分から20日の07時頃までの間，そ方向と大きさが渡り鳥の生態によく対応していることから，渡り鳥が異常データの原因であると判断するにれまでなかったような風速10m／s前後の北東風を示す層が出現し，そのときのS／N比は降水時に観測され至った．その後の調査で，渡り鳥エコーは春と秋の晴るような50dB以上の大きな値となっている．また，高れた夜問に全国の広い範囲で発生し，WINDASの観

度1〜2kmでは観測データの欠損が多くなっている．

測値に与える影響は少なくないことがわかった．この

このように渡り鳥エコー発生時に観測データの欠損がため，渡り鳥エコーに対する対策を急ぐ必要に迫られ多くなるのは，渡り鳥エコーが発生するとドップラー

た．なお，WINDASの運用開始当初から，鳥によるエコーが生じることはある程度予想されていたが，これできなくなることが原因である．このことについては，程の規模になることは考えていなかった．

3．4節で詳しく述べる．

スペクトルの時間変動が大きくなるために，風が算出

渡り鳥エコーについては，ウィンドプロファイラを近隣の輪島（福井からの水平距離は約100km）にお運用する国外の気象機関や研究機関による報告があける19日21時と20日03時のラジオゾンデ観測データ

る．米国海洋大気庁（NOAA）は，米国中部平原に30（第2図）によると，高度1km付近での風向・風速は数台の400MHz帯ウィンドプロファイラ観測網

西南西，約5m／sであり，ウィンドプロファイラの観（NOAA

測結果とは大きく異なっていることがわかる．また第Profiler

Network；NPN）を1992年から運用している．NPNでもWINDASと同様の異常デー

3図に示すように，地上付近は移動性高気圧に覆われタの存在が認められ，ていたことから，地表付近における風は弱い状態であったと考えるのが自然である．したがって，ウィン発生状況やその対策について詳しく報告されている（Wilczak6！α1．，1995）．この報

告では各種の調査結果をもとに異常データの原因を渡ドプロファイラにより観測された下層の観測データはり鳥と特定した．NPNに出現する異常データの発生状況や，信号の特徴はWINDASのそれらと各種の点

大気の風を正しく表現しているとはいえない．

で類似している．同様のことがドイツ気象局のウィン

3．渡り鳥エコーの特徴

ドプロファイラ（Engerbart

3．1

and

G6rsdorf，1997）においても報告されている．国内の大学・研究機関では，WINDASの運用開始以前から大気レーダーやドップラースペクトルの特徴

ウィンドプロファイラが大気から受信する電波はごく微弱であり，1回の受信信号の中で大気信号とノイ

ウィンドプロファイラを運用しており，これまで異常ズを判別することができない．そこで，受信信号を約

データの存在には気がついてはいたが，その原因を特

0．4秒間連続してサンプリングし得られた約4千個の定するまでには至っていない．これは，それらが研究・

時系列データに対し，S／N比を改善するため時間方向

教育用であるため，WINDASのように通年で運用さの平均（コヒーレント積分〉を行い，その後フーリエれることが少なく，異常データが系統的に調査される

変換を施してパワースペクトルすなわちドップラース

12

天気

52．1．

13

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策（北緯36，06。，東経136．22。，標高［47616］福井
10

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第2図輪島におけるラジオゾンデの観測デー
タ．2002年11月19日21時（a），20日03時
（b）．

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渡り鳥エコー発生時のウィンドプロファイラの観測データの例．福井，2002年11月19〜20日．ベクトルは水平風等値線はS／N比を表す．点線で囲まれた部分では渡り鳥エコーの影響を受けていると思われる．

［47600］輪島

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15

第1図

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第3図地上天気図．2002年11月20日03時．

2005年1月

1314

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策

コーのものは分単位で見ても激しく変化している．

スペクトルのピークを中心とする横軸方向への広がりをスペクトル幅と呼ぶ．

WINDASのプロファイラ
2002／12／31，15：00

2002／12／31，15：01

2002／12／31，15：02』（a）大気エコー卓越時のドップラー・スペクトルでは，スペクトル幅は，

与那国島

ス

ペクトル強度の値がピーク

から3dB減少した部分でのドップラー速度の幅として定義している（第5図参照）．降水エコーや渡り鳥

エコーのスペクトル幅は，
2001／09／11，18：00

2001／09／11，18：01

大気エコーのそれより大き

2δ6f／09／11，18：62『P（b）降水エコー卓越時のドップラー・スベクトル水戸くなる．大気エコーが卓越するときのスペクトル幅は0．4〜2．Om／s程度であるが，降水エコーや渡り鳥エ
コーでは2．Om／sを超える事例が多い．渡り鳥エコー
2001／10／15，18：30

2001／10／15，18：31のスペクトル幅が大きくな

2001／10／15，18：32

る理由としては，鳥の飛び（c）渡り鳥エコー卓越時のドップラー・スベクトル室蘭
第4図

ドップラースペクトルの例．北ビームにおける観測値横軸はドップラー
速度（m／s），縦軸は高度，等値線はスペクトル強度．

方のばらつき，羽ばたき，

大気エコーとの混合のほか，受信信号が強いことにペクトル（0．4秒値）を一次的に算出する．さらにそのより受信機内の信号が飽和し，スペクトルの形がつぶ

一次的なドップラースペクトルを複数個（通常28個）れてしまうことなどが考えられる．

集めて平均し（インコヒーレント積分），最終的なドッ

3．2得られる風ベクトルの特徴

プラースペクトル（1分値）を得る．

第4図は，ドップラースペクトル（1分値）の例で渡り鳥エコーから得られる風ベクトルは，渡り鳥の移動方向や移動速度を表現していると考えられる．

ある．（a）は大気エコー，（b）は降水エコー，（c）は2001年10月，室蘭における渡り鳥エコーに対応する観渡り鳥エコーが卓越するときのドップラースペクトル

測データをラジオゾンデなどの観測結果と比較したとである（いずれも天頂から北に約10。傾けた方向に発射

ころ，それらの風向は最大90。，風速は最大10m／s程度

した北ビームの観測値）．

3種類のドップラースペクトルの違いは次のようにまとめることができる．大気エコーのS／N比（受信強強度度）は5〜30dB程度であり，降水エコーや渡り鳥エ
3dB

コーの値が30〜70dBであるのに比べてかなり弱い．

受信強度

渡り鳥エコーでは，高度方向に強いところと弱いところが不規則に現れることが特徴である（他のエコーでスペクトル幅は高度方向にほぼ連続的に変化する）．また，ドップ
ラースペクトルの時問変化に着目すると，大気エコーや降水ヱコーのドップラースペクトルの形や強さが時問とともにあまり変化しないのに対して，渡り鳥工
14

ドツプラー速度

第5図 ある高度のドップラースペクトルにおける，受信強度，スペクトル幅の概念図．
天気

52．1．

15

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策の違いがあることがわかっ

第1表

た．

大気エコー，降水エコー，及び渡り鳥エコーの特徴．

スペクトル強度

また，2001年4〜11月の（S／N比）

スペクトル幅

時間変化

鉛直速度

一LO〜1．Om／s

大気エコー

5〜30dB

0．4〜2．Om／s

小さいデータから，渡り鳥エコー

降水エコー

2．0〜m／s

小さい〜一1．Om／s

発生時の鉛直速度は一渡り鳥エコー30〜70dB
30〜70dB

2．0〜m／s大きい

一1．0〜1．Om／s

WINDASの全国の観測

1．0〜＋1．Om／s（鉛直上向

き方向の速度をプラス，下向きをマイナスとする）の第2表WINDASにおける地点別の渡り鳥エ範囲に収まることが分かった．降水エコーでは，鉛直コーの平均発生率（2001年4〜11月）．

速度が降水粒子の終端落下速度と大気の鉛直速度の和高（12．2−8．1％）：宮古，室蘭，留萌，酒田

河口湖，尾鷲，高田，厳原を示すため，OOC層より下での値は下向きに1．Om／＄

福井，高知

以上になることが多いが，渡り鳥エコーでは大気エ中（7．6−4．5％）：大分，延岡，熊本，浜田

静岡，水戸，名古屋，帯広
屋久島，熊谷コーとほぼ同様の値となることが多い．これらの特徴をまとめると第1表のようになる．

低（4．1−2．0％）：高松，平戸，清水，与那国島

渡り鳥エコーのドップラースペクトルの時間変動は

勝浦

大気エコーのスペクトルのそれより大きいことを前節で述べたが，このことは最終的な風ベクトルデータ（10分値）に多くの欠損が生じることにつながっている．

含まれなかったり，逆に渡り鳥エコーではないものがWINDASのウィンドプロファイラにおいては，各観一部含まれてしまう可能性はある．このため，発生率

測高度におけるドップラースペクトルの1分値をガウの具体的な値については多少の誤差を含む可能性があス関数で近似し，関数がピーク値をとる点の速度をるが，以下に見ていくように渡り鳥エコーの発生状況

ドップラー速度としている（橋口ほか，1999）．その際を把握するには十分な精度を持っていると考えられまず前回の近似結果を参考にして初期値を求め，そのる．

後，非線形最小自乗近似を行う．渡り鳥エコー発生時

調査には2001年4〜11月の10分値データを用いた．

のようにドップラースペクトルの時間変動が大きい場

なお，2001年4〜5月はWINDASの試験運用期間

合には，前の観測時刻の結果から推定したガウス関数
が現在の値と大きく異なるため近似に失敗することがだったため，通常の高度分解能300mとは異なる観測モードでも運用しているが，調査に大きな影響はない

ある．このような場合にはドップラー速度が決定されものと思われる．また2001年12月からは，渡り鳥エコー

ず，ドップラー速度の1分値は欠損となる．また，1の影響を受けたデータは削除する措置を開始し，渡り分値を平均して10分値を算出する際，1分値のバラツ

鳥エコーがデータとして残されていないため，今回のキが一定以上大きい場合にはデータの信頼性が低いと集計からは除外した．

判断し，10分値を作成していない．以上の理由により，集計の結果，期問を通じてWINDASの全国どの観

ドップラースペクトルの時間変動が大きい場合には10測地点でも渡り鳥エコーが発生していることがわかっ

分値に欠損が多く発生する．

た．地点によって発生頻度には違いがあり，第2表に示すように3つのランクに分類することにした．発生
4．渡り鳥エコーの発生状況の少ない地点での発生率は2％程度，多い地点では4．1地点による発生率の違い

12％である．全地点の平均発生率は約7％である．

3節で述べた渡り鳥エコーの特徴から，スペクトル幅が2．Om／s以上でかつ鉛直速度が一1．Om／s以上の

4．2

日変化

第6図は，全国25地点の2001年4〜11月の観測デー

ときには渡り鳥エコーが発生している可能性が高いとタをもとに，時刻別の渡り鳥エコー発生率を示したもみることができる．この渡り鳥エコーの特徴に合致すのである．渡り鳥エコーの事例数（渡り鳥エコーからるデータが観測データ全体に占める割合を求め，それ算出された風ベクトル数）が全体の観測数（風ベクトにより渡り鳥エコーの発生率を見積もった．なお，こルが算出された数）に占める割合を集計した．各時刻の発生条件のもとであっても，一部の渡り鳥エコーがとも前1時問のデータを対象としている．

2005年1月1517

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策
21（Jst）

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第8図

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春の渡り鳥エコー発生時のウィンドプロ
ファイラ（濃い太いベクトル〉，ラジオゾ

ンデ（薄く太いグレーのベクトル）及びゾンデ内挿風（薄く細いベクトル）．2002
年4月26日21時，高度2000m．ゾンデ内挿

125E

第9図

130E

135E

140E

145E

秋の渡り鳥エコー発生時のウィンドプロ

ファイラ，ラジオゾンデ及びゾンデ内挿風．2001年10月18日21時，高度2000m．

風とのベクトル差の大きさが7m／s以は4kmを超えることがあるが，おおむね3km以下で上の地点には○印を付けた．

あることがわかった．

清棲・清棲（1974）によると，渡り鳥の群れをレー観測された高層風の内挿値である．黒色の矢印はウィダーで捉える方法で渡り鳥の飛ぶ高度を測定した結

ンドプロファイラの観測値で，○印を付加した地点は果，小鳥では100mぐらいのことが多いが，ときには

ゾンデ内挿風からの偏差ベクトルの大きさが7m／s以上であり，ウィンドプロファイラによる測風への渡1500mに達し，4000m以上を飛ぶこともある．シギやチドリ類では1000〜2000mが一般的で，ときには3000

り鳥エコーの影響が顕著に現れていることを示していmを超えることもある．このことは，上で述べた渡りる．そうしたウィンドプロファイラ地点での異常な風

鳥エコーの出現高度と一致する．

ベクトルの方向は，春の例ではほぼ北向き，秋はほぽ

4．5渡り鳥エコーについての外国での調査結果

南向きにそろっており，渡り鳥が広範囲に同じ方向にWINDASにおける渡り鳥エコーの調査結果は，

向かって移動していることを示唆している．渡り鳥は，

Wilczak6！α1．（1995）が1991〜1993年にかけて行っ早春から初夏にかけて南から北へ移動するものが多た米国中部平原における調査結果と類似している．渡く，逆に夏の終わりから初冬にかけては北から南下しり鳥エコーに影響された異常データは，ラジオゾンデていくものが多いといわれている．上の結果は，そうによる観測値と比べ，ベクトル差の大きさで5〜14した渡り鳥の生態によく合致しているといえる．

m／s大きく，またそのときのスペクトルにはスペクト

4．4発生時の天候及び高度

ル幅が大きい，時間変化が大きいなどの特徴が，事例

2001年4〜11月の期問で渡り鳥エコーの発生と天候解析により明らかにされている．また，空間的に広いとの関連を調べたところ，渡り鳥エコーは降水時には範囲に設置された複数のウィンドプロファイラによる発生しないことが，ドップラースペクトルなどを調査

観測結果を用いて，春と秋の渡り鳥エコー事例を調査することにより明らかになった．逆に，渡り鳥エコー

し，季節に特有な渡り鳥の移動方向などを示した．各の発生は晴れた日に多く，中でも風が弱い場合や鳥の観測点において，渡り鳥エコーが発生したかどうかは，

移動に追い風となるようなときには特に多く発生す

6分平均された受信強度，ビーム方向のドップラー速

る．

度およびスペクトル幅の時間変化により判断レた．こ一方，渡り鳥エコーの出現高度については，最高で2005年1月の方法により，渡り鳥エコーの発生状況を1993年31718

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策〜5月の期間で集計した結果，気圧系の変化に対応する4〜5日周期の増減があることや，より長期的な盛衰がみられたと報告している．

現しないことを確認している．

降水の発生の有無を判断し，しきい値を調整することは煩雑である．そこで2002年3月からは，より自動

さらに，Engerbart6！α1．（1997）が1993〜1995年に的に渡り鳥エコーを除去できるような方法に移行しドイツ東部で行った調査も本調査と同様の結果を得てた．すなわち，鉛直速度がマイナス方向に大きいときいる．その調査では，渡り鳥エコー発生の基準としてには降水エコーであると判定する．一方，スペクトル

ラジオゾンデによる観測結果との差に注目し，風速差

幅が大きく鉛直速度の絶対値が小さいときには渡り鳥

が5m／s以上，または風向がgoo以上違うときに渡り鳥

エコーの影響を受けている可能性が大きいと判定し，エコーが発生しているとしている．この基準により長データを除去することにした．これは，4．2節で示した

期問にわたり渡り鳥エコーの統計的な調査を行い，3渡り鳥エコーの判定基準をしきい値として利用し，除〜5月，8〜10月に発生のピークがあること，渡り鳥の移動方向に季節変化があること，また渡り鳥エコー

去を行うものと言いかえてもよい．第10図は，2002年
11月19日の福井ウィンドプロファイラにおけるスペク

は夜問に発生し降水時には発生しないことが報告され

トル幅の値と，それをもとに渡り鳥による異常データている．

を除去した例である．第1図で示した渡り鳥エコーのいずれの報告も，温帯に属する地域で同様の渡り鳥
エコー発生の状況を示すものといえる．

影響を受けていると思われる領域ではスペクトル幅が大きいことがわかる．スペクトル幅2．Om／s以上，鉛直速度一1．O5．渡り鳥エコーの対策

m／s以上，高度4．5km以下の条件にすべて合致した場合にデータを除去している．

渡り鳥エコーの影響により，WINDASの観測デー

この方法により，渡り鳥エコーの影響を受けている

タに欠損や異常値が発生してしまうことはこれまで述と考えられる観測データはほぽ確実に除去されるよう

べた．WINDASのデータはリアルタイムで利用されになった．しかしスペクトル幅は，降水エコー時の他るため，異常データは観測直後の品質管理で取り除くに，大気の乱流が強い場合にも値がやや大きくなる．

必要がある．渡り鳥エコーへの対策は，簡便ですぐ実

このため，上の方法では，渡り鳥エコーによるデータ

施できるものから始め，段階的により高度な手法へとの他に正常なデータ（大気エコー）も除去することが発展させた．

ある．また，降雪層には，その鉛直速度が一1．Om／s以5．1スペクトル幅を利用した対策

上になることが多いことから，この手法を使用できな

渡り鳥エコーを初めて確認した3か月後の2001年12いなどの弱点があった．

月より，WINDASに当初から装備されているデータ
品質管理機能のひとつである

スペクトル幅チェッグを使って異常データの除去を開始した．

チェッグ

5．2大気エコーと渡り鳥エコーを分離して除去する方法の導入スペクトル幅

渡り鳥エコー発生時の受信信号には，ほとんどの場

は，スペクトル幅があらかじめ設定したし合，渡り鳥エコーと大気エコーが混在している．渡り

きい値を超えたときに，そのデータを除去するもので鳥エコーを細かい時問問隔（約2秒間隔；各ビームである．渡り鳥エコーはスペクトル幅が2．Om／s以上とは，約0．4秒連続して観測し，その後約2秒問休止する）

なることが多いので，しきい値は2．Om／sに設定した．

で見ると，その信号強度は一定ではなく大きく変動し

しかし，降水エコーのスペクトル幅も渡り鳥エコーとておりゴその中には渡り鳥エコーの影響を受けていな同様に大きいため，そのままでは降水エコーも除去さい信号が混在することがわかった．これは，ウィンド，れてしまう．そこで，気象衛星や気象レーダーのデー

プロファイラ上空における渡り鳥の飛翔密度には時問タを参考にしながら，各ウィンドプロファイラ観測地

変動があり，ウィンドプロファイラのビーム中に渡り点付近で降水が認められる時にはスペクトル幅チェッ

鳥が存在しない時問帯があることによるものと考えら

クのしきい値を大きな値にして降水エコーが除去されれる．そこで，渡り鳥エコーの存在の有無を微小時間ないように調整を行った．なお，渡り鳥エコーの発生ごとに判別し，渡り鳥エコーの影響の受けていないとする春や秋の時期の降水時には，ドップラースペクト

きの受信信号だけを使ってデータを作成すれば，大気ルにおいて降水によるピークの他には渡り鳥エコーに

エコーに対応する正常なデータが得られると考えた．

よるピークが見られないことから，渡り鳥エコーが出
18

3．1節で述べたように，WINDASでは各ビームの各
天気

52．1．

19

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策a）1。1476161福井

ゴヒにヨ

ドくン

ロ

ロはだブヨ

ロ

ロ

ワ

む

ハラ

［476161福井b）1。

綱雑糠雛黛鶯雛蜜（北緯36．06。，東経136，22。，標高肋）

9

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し，

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1伽／鎗c

8

2伽／sec

瀞
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〃〃 ビ

6
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2

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1．0

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0．6

静噌》

2002／11／19

第10図

0，0

レ畷ぐふ

》

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16：00

停

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ゆ夢

．

．煮瀧・躍露議磁凝

ゆ

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…

17：00

2002／11／19

2002／11／19

時刻（JsT）刺＞

算欝

騨レ榊赫
ゆ櫛硝ゆゆゆゆ潔ゆ謬罐汐謹』

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（m／s㏄）一レ礎ノγ森・幽郎ツ・・蜘

0．2

19；00

／sec

燕ん猶噌◎藁》

0．4

18：00

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畷馨躍▼型マ㌻學噂
7

1．2

17：00

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嚇・

砂搬ゆゆ…『鯵ゆゆウゆゆ弾ゆ夢瀞遊穆瀞夢孝

1．8

16：00

P1棚

砂

鳩漁麟喚鋤纏煮、鋤騰

藤ゆゆゆゆ毒2．0漣鋤騨

柳顧ゆゆ赫ゆ毒ゆ硬ゆ．ゆ2．4

1灘灘雛．覇葎

ゆゆ，御，鞭

．酬．

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2α

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・〆 ・

7

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18：00

19：00

時亥lj（JsT）

20：00

一

21100
22100
2002／11／19

スペクトル幅に着目した渡り鳥エコー除去の例．2002年11月19日，福井．a）図のコンターはスペクトル幅を表す．b）はスペクトル幅2．Om／s以上，鉛直速度一1．Om／s以上，高度4．5km以下の条件で，渡り鳥に起因するデータを除去した結果．

観測高度において約0．4秒
間の受信信号からひとつの雛難欝嚢．

ドップラースペクトルを計

脳算し，それを28個平均（インコヒーレント積分）して，ドップラースペクトルの1分値としている．そこで，

まず各観測高度における28個のドップラースペクトルのそれぞれにおいて，受信電力（ドップラースペクト

ICl131

＝l

IC＝19

1C：20

IC：15肇、需IC：161

1C：171

1C：181

1C：23 きゑlll24嚢

覇講鎌，1灘盤1灘謹欝
慧灘灘

蔓

ルの積分値，すなわち，す

叢澱髪

姦

獺

妻

1

，鐘

べてのドップラー速度にお

鞭囲顯強
繍璽 ．

けるスペクトル強度を積算した値）を計算する．それが一定値（通常22dB程度）

を超えていれば渡り鳥エ
コーが存在するものとし，そのときのドップラースペ
クトルを除去する．そして，除外されずに残ったドップ

第11図

受信電力の時間変動を利用した渡り鳥エコーの除去の例． 水戸，2002年
4月14日20時25分．28個のドップラースペクトル（0．4秒値）と，それを平均したもの（1分値）．縦軸が高度（レンジ），横軸がドップラー速度，
受信強度をグレースケールで示す，黒色ではさまれたデータは渡り鳥エコーと判断し除去したことを示す．

ラースペクトルだけを集めてその1分値を作成することとした．このように渡りルの段階で渡り鳥エコーの除去を行う処理は，すでに鳥エコーの影響のないデータのみを使うことにより渡米国で調査され実際に効果があったことが報告されてり鳥による異常データを除去できるが，この処理にいる（Wilczak6齢1．，1995；Pekour6齢1，，1999）．

よってインコヒーレント積分に使われる個数は減少し

第11図は，この手法で渡り鳥エコーを除去した一例てしまう．その結果，ドップラースペクトル（1分値）（2002年4月14日，20時25分の水戸ウィンドプロファイの品質がある程度低下することになるが，これは避けラ）である．

られない．インコヒーレント前のドップラースペクト

た28個のドップラースペクトルであり，黒色ではさま

2005年1月

IC：01〜28

は，0．4秒ごとに作成され

19

21

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策［47815】大分
10（北緯33．24。，東経131、62。，標高5m）［478361屋久島

・（北緯30．380，束経130．660，標高3舳》

10『緬鷺翠叢綴讐灘》爾i羅、

2伽／sec

し，
20m／s㏄2伽／sec

倉

55・
遡

題
樋

樋
楽4 ．
捜

18：00

ll8

19：00

20；00

2002／11／20

第14図

21：00

22：00

時刻（JsT）一

23：00

2002／

24：00

（d8）

／20

渡り鳥エコー発生時に，受信電力の時問

2062／11／20

第15図

変動を利用した対策を施した結果2002
年11月20日，大分の例．

醐（JsT）幽

1：8
1：8
1：8
1：8

ゆノガの

11／を1（下降）

降水エコー時に，渡り鳥エコー対策を実施した影響結果．2002年11月20日，屋久
島の例．

た．その結果，絶対方式のしきい値（受信電力の上限あった．

値）は22dB，相対方式のしきい値（バイアス値）は43）スペクトル幅が2．Om／s以上，鉛直速度が一1．O

dBとすることにした．

m／s以上のときには渡り鳥エコーが発生しているスペクトル上でのこうした渡り鳥エコーの除去をリものと仮定し，全観測データのうち，渡り鳥エコー

アルタイムで行うことは信号処理装置に負荷を与えるの占める割合を調べた．その結果，渡り鳥エコーのことになるが，Wilczak6砲1．（1995）やPeckour6！

発生率は地点によって違いがあり（2〜12％），全地

α1．（1999）が用いたような他の渡り鳥エコーの除去処

点の平均では7％だった．一日のうちで最も発生率

理に比べれば，既存のシステムに組み込みやすく，信が高いのは夕方18時頃から朝7時頃までの夜問であ号処理装置に与える負荷も少ない．

り，昼12〜15時頃にかけても小さいピークがあった．

このアルゴリズムは，2003年3月よりWINDASの

4）季節変化に着目すると，4月にピークをもつ春季

プロファイラの信号処理部に組み込み，実際に運用を期問（4〜6月）と10月にピークをもつ秋季期間（8行っている．

月中旬〜11月）に多く渡り鳥エコーが発生した．

5）渡り鳥エコーは晴れた風の弱いときに多く発生
6．まとめ

WINDASによる上空の風の観測において，渡り鳥

し，降水時には発生しなかった．また，発生高度は最高で4km，おおむね3km以下だった．
以上のような渡り鳥エコーの特徴をふまえ，渡り鳥

による散乱波（渡り鳥エコー）の影響を多く受けることがわかった．2001年4〜11月までの全国の観測デ」エコーがウィンドプロファイラの観測データに影響をタをもとに，渡り鳥エコーについて調べた結果，以下及ぼさないようにするため，最終的に以下の対策を施のことがわかった．

した．

1）渡り鳥エコーによるドップラースペクトルの強度

1）インコヒーレント積分前のドップラースペクトルはS／N比で30dB以上であり，大気エコーより大き（0．4秒値）において受信電力値を計算し，しきい値

く，降水エコーと同程度だった．また，強度は高度を超えるものを除去し，残ったドップラースペクト方向に不連続で時間変化が大きい，スペクトル幅がルを平均して1分値を作成する．その際受信電力大きい（2．Om／s以上）などの特徴があった．

の時間変化が大きいときには渡り鳥エコーが発生し

2）渡り鳥エコー発生時には，ドップラースペクトルている可能性が大きいので，しきい値を渡り鳥エの時問変化が大きいことにより風ベクトル（10分値）

コーが十分取り除くことができるような値に設定が算出されないことがあった．算出された風ベクト

し，逆に受信電力の時間変化が小さいときには降水

ルは，近隣のラジオゾンデなどの結果と比べると，エコーの可能性があるので，前の観測時刻の受信電風向で最大goo，風速で最大10m／s程度の違いが力に一定のバイアスを加えた値にしきい値を設定す2005年1月

2122

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策ることで，降水エコーが誤って除去されないようにた．この場を借りてお礼を申し上げます．

する．

この方法により，大気エコーと渡り鳥エコーが混在した信号から，大気エコーだけを取り出して風データを作ることが可能になり，渡り鳥エコー発生時においてデータ取得率の向上を図ることができた．

WINDASでは渡り鳥エコーの影響を除去するための対策は一応の完成をみた．ただし，時間変化の激しい降水現象のもとでは，まれに正常なデータも除去してしまうという問題点が残っている．今後もアルゴリ

ズムの改良を行い，観測データの品質向上に努力した
い．具体的には，渡り鳥エコーの受信電力が高度方向に不連続であるという性質を降水エコーとの区別に利用し，時問変化の激しい降水エコーが誤って除去されないようにするなどの工夫が考えられる．

なお，春や秋の晴れた夜など渡り鳥エコーが連続的に発生しているときには受信信号のほとんどを渡り鳥

エコーが占めるため，これまで述べた対策にもかかわらず，広い範囲でデータが欠損することがある．

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migrating

windprofiler

in

a

birds

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加藤美雄，阿保敏広，小林健二，泉川安志，石原正仁，

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小林隆久，2004：ウィンドプロファイラー概論，気象研
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橋口浩之，深尾昌一郎，津田敏隆，山本佐藤衛，中村卓司，亨，山中大学，浜津享助，磯村昭彦，1999：RASC

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ンポジウム，京都大学超高層電波研究センター．64−68，

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文一総合出版，255PP．

Pekour，M．S．and

謝辞

渡り鳥エコーの調査及び対策は，気象庁と三菱電機（株）が共同で実施した．

本調査を進めるにあたり，京都大学・宙空電波科学
研究センター（現

生存圏研究所）・深尾昌一郎所長（当時），橋口浩之氏，通信総合研究所・大野裕一氏，福島大学・渡辺明氏，山階鳥類研究所・佐藤文男氏，ならびに気象研究所気象衛星・観測システム研究部・小forremoving

MHz

wind

the

R．L．Coulter，1999：A
effectprofilerofmigratingtechniquebirds

in915−

data，J．Atmos．Oceanic

Tech．，

16，1941−1948．

Wilczak，」．M．，R．G．Strauch，F．M．Ralph，B．L．
Weber，D．A．Merritt，J．R．Jordan，D．E．Wolfe，L．

K．Lewis，D．B．Wuertz，andContamination

of

wind

birds：（⊃haracteristics

林隆久氏，足立アホロ氏から有益な助言をいただきまtial

した．また，本論文の改稿にあたっては，査読および467．

solutions，

J．E．Gaynor，1995：

profilerofdata

corrupted

J．Atmos．Oceanic

by

data

migratingandpoten−

Tech．，12，449−

編集委員の方々に懇切丁寧なコメントをいただきまし

22

天気

52．1．

Development

of

Wind

Kenji

気象庁のウィンドプロファイラ観測における渡り鳥エコーの影響と対策

23

a

on

MethodReducing

Measurements

in

the

the

EffbctWindof

Echoes

Pro且lerofNetwork

Migrating−birds

ofJMA．

KOBAYASHI＊1，Toshihiro ABO＊2，Yasushi IZりMIKAWA＊2
Kyouichi KAWAHARA＊3，Masahito ISHIHARA＊2

ToshioWAKAYAMA＊4and＊1（C・77卿・n漉ng伽ho7）0わsθ7vαTomoyaMATSUDA＊4

i・nsD卿襯θnあ加αn盈∫θ・7・Zo9加1オ9θnα物んy・100−

812名」卯αn．E一〃2副：んθnzi一んo加ッαshi＠耀鼠むho鉱9α塑

＊20わsθ7vα加nsZ）卿加θnあ」のαn巫ε1θ070109加1オ9θn6ツ＊3・κo加〃iα7inε0わsθ7vα∫oぴ＊4〃i孟sめおhiElθcかi6Coろρ07α⑳n．

（Received140ctober2003；Accepted

l80ctober2004）

水資源学シンポジウム「国連水の日一気候変動がもたらす水問題」のお知らせ
主催：日本学術会議水資源専門委員会，水文・水資源学会，国土交通省水資源部
期日：2005年3月23日（水）場所：日本学術会議講堂（東京都港区六本木7−22−34）

後援：日本気象学会他
趣旨：昨年の日本の夏は，西南日本の一部で旱天が予想されているのか．

シンポジウムでは，近年と将来に関する気候変動の状況についての最新の観測結果や研究成果を確認し，その上で，水循環や水資源に及ぽす影響とその管理の問題を整理する．また，人問社会，農業生産や環境，

生態系に及ぼす影響の変化も含め，水資源学や水資源に関わる技術・制度でこれらの状況の把握や予想され続き，一方で多くの台風が上陸して大きな洪水被害をる問題に対応できるのかを議論する．

もたらした．これらは，一部では「地球温暖化・気候プログラム（講師未定）：変化」の現れのひとつではないかと報じられている．

1．挨拶

この「地球温暖化・気候変化」に関しては，地球シミュ

日本学術会議・水資源専門委員会，国土交

通省（10：00〜）

レータの成果など，これまでにない高解像度で将来の2．基調講演

変化が計算されるようになり，日本では年々の降水量

3．報告講演（11：00〜，途中昼食）の変動が大きくなる，台風は数が減少するものの強大化する，積雪量が激減するといった見通しが議論されるようになっている．実際に，日本列島の気候についてこれまでとは異なる状況が確認されているのであろうか，また，今後どのように変化していくと考えられているのであろうか．そして，それは各流域や日本全「気候変動と水資源」（仮題，10：15〜）

講演1 気候変化に関する最新の予測
講演2 近年の日本の気候変化
講演3 近年の日本の洪水と渇水
講演4 気候変動と水循環・水資源，
講演5 気候変動・水循環変動が社会に及ぽす影響
講演6 気候変動・水循環変動が農業に及ぼす影響

体の洪水や渇水，水資源，社会・生活，生物などにど4．総合討論（15：00〜）のような変化をもたらしているのか，またもたらすと

5．挨拶

2005年1月

水文・水資源学会（16：50〜）

23