ドボラック法

ドボラック法は、気象衛星が可視光・赤外線で撮影した画像を利用して、熱帯低気圧の勢力を推定する手法である。1974年にヴァーノン・ドヴォラックによって開発された。
1974年頃にスタートした解析法は、画像のパターンテーブルと、実際に観測で得られた画像を対比して、その結果から勢力などの推定を行う方法であった。スタート当初から画像のサンプル数が少ない、解析の客観性が乏しいなどがあり改良されている。また赤外画像からでも解析できるように改良が施されている。

1. 概要
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1.1. 特徴
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衛星画像を用いて、熱帯低気圧の勢力・特性などを解析できることにある。
これまで、気象偵察機や船舶などを使って、直接熱帯低気圧の中に入って観測する危険を避けることができ、短時間で観測できるなど、有用な手段とされているからである。

気象衛星の画像を使用し、雲の大きさや、発達傾向、雲の広がり、温度を用いて、最大風速などの強度や特性を決定する。

解析に用いる画像は、気象衛星による可視画像・赤外線画像を使用する。
静止衛星による観測が実用化され、観測間隔も細かくなったことから、より客観的に解析が出来るよう、手順・解析ルールが細かくなっている。1984年頃から実用化された、Dvoraku Techniqueでは、解析者による主観評価や変動を小さくするため、パターン認識やそのための評価テーブルなどを使って判別が行われるようになった。赤外画像では、温度スケールを用いてそれにあった赤外強調画像を使って、温度場の分布・変化傾向からパターンを割り出し勢力を決定する。等間隔で観測された画像から、発達・衰弱の状態を考慮、最終的なパターン値を得たのち、風速などを推定する。

最初にこの解析法が実用化された当時、コンピューター処理がおぼつかない時代であり、不定期に観測される極軌道衛星の画像をフィルム焼き付けて解析していた。そのために、可視や赤外画像からこれまでの航空機観測やレーダーなどと併せて、総合的な判断の上で得られた値を参照しながら解析されていた。現在は、衛星画像を直接入手し解析する機関によってドボラック法、またはドボラック法を改良した解析ツールを用いて解析・評価が行われているが解析機関によって相違が現れる。

各機関での解析誤差は、概ねFT値で0.5程度ある。解析誤差が明らかに大きい場合は、再度解析して衛星画像での特徴と比較して検証する必要が生じる。

2. 勢力、大きさの解析
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1984年以降に実用化された、Dvorak Techniqueによる解析の流れは、次のような過程で解析される。後に1980年代後半から90年代初めに実用化される、Dvorak Techiniqueも、デジタル処理技術が可能になったことから、コンピューターでの解析に主眼がおかれた。日本をはじめとして多くの国で、熱帯低気圧や擾乱の解析で使用されている。

2.1. 解析手順
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1984年に公表され、基礎となる解析法であることから、熱帯低気圧を衛星画像により解析する手順が、WMOをはじめとして公開されている。複数で公表されているが、根本的には同じであるので、解析手順を記述してあるマニュアルの手順で解説する。

可視画像および赤外画像で解析するが、赤外画像にあっては精細度の高い画像の他に、温度スケールに沿って強調処理した画像が用いられる。俗にドボラックスケール画像や、強調処理画像という場合があるが、ドボラック解析用の強調スケールに変換した画像が使用される。スケール表現と温度の関係は次の表による。温度範囲は、極軌道衛星によって得られるサウンディングデータから解析知る際の温度対照表である。

表1　ドボラック法で用いる温度階調の名称と範囲

2.2. 雲の体系から位置を決定する
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解像度の高い画像を、連続の動画を用いて解析を始める。雲の集合がある場所に向かって周回、螺旋状に回る、収束の動きがあるかを判断・検出するためである。

　12時間またはそれ以上
　雲の渦が範囲2.5度以上で、かつ6時間連続している
　濃密域もしくは冷域===METと略される評価で、過去24時間での状態からT値を算定する。この際に熱帯低気圧の強さに関係なく、4.で評価した発達・衰弱状態を 用いて外挿評価する。これは、熱帯低気圧が1.0/日の割合で発達・衰弱するという性質を使って求める。

発達している場合 MET = 24時間前のT値+をたして D を付す。 衰弱している場合 MET = 24時間前のT値+をして W を付す。 変化がない場合 MET = 24時間前のT値を使用し、S を付す。

===パターン番号

航空機や船舶、陸上などで直接観測する方法ではない
雲の高さを簡単に割り出せない
極軌道衛星1.反射階調や温度階調の定義値が明示されていない場合が殆どである。従って、そのまま解析に使用することが出来ない。強いて用いる場合はLRIT形式の画像データが使える場合がある。それでも画像の階調と温度との変換テーブルが明確にしておかないと、解析精度に問題が生じる。階調と温度の関係は、衛星によって、あるいは公表している機関によっても異なることから、解析する際には温度変換テーブルを入手して解析をする。 赤外で使用される温度スケールは、オリジナルデータと階調テーブルと対照させたうえ、ドボラック解析用のスケールに変換する必要がなる。赤外画像を用いるドボラック解析は、ドボラック温度スケールと大きさ温度変化によって解析を行うことから、単純なパターン選択だけでは強度特性に誤差をもたらすことがある。テーブルとの対照がしっかりしていないデータを使った場合、全般的に偏って判断されてしまう。

2.衛星画像を用いた解析値は、航空機や船舶、陸上観測所などのように直接測定していないので、解析結果をそのまま当てはめることは出来ない。警報や観測実況では2分や10分平均と言った具合に、地域や発表する機関によって平均風の時間軸に違いがあるので、相応の補正をかける必要が生じる。熱帯低気圧の近傍を船舶や漂流ブイ、地上観測などで観測していた場合、ドボラック法で解析して得た値と大きく異なる場合がある。アメリカの場合、観測値と衛星の解析に違いがある場合、観測値が優先される。ただし、解析機関によって判断基準が異なることがある。

3.数値計算による鉛直方向の温度状態曲線がとうまく表現されていない場合、画像から得られる温度分布との不整合から、解析誤差を助長することがある。

4.極軌道衛星は、静止衛星に比べて飛行高度が低くかつ、視野が非常に狭いことから端に行くに従って大きく歪む。その影響から解析誤差が大きくなる。衛星の視野直下から経度方向に3－5度程度である。連続性の観点からは、衛星自身が熱帯低気圧の真上を通過するものと限らないので、経過を判断する上で制約が生じる。

3. 誤差を大きくする要因
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解析機関や解析精度、衛星画像の品質により解析誤差が発生する。主立った誤差は次のようなものがある。

衛星が搭載しているセンサーの分解能
解析に使用する画像の品位、センサーの校正状態、衛星の姿勢
主体になる雲の上に、上層雲が卓越しているとき
衛星の視野角
雲のまとまりが不明瞭な場合
渦が複数存在する場合
陸上に接近や接している場合
観測開始からあまり時間が経過していない場合
解析者が画像のグレースケールを誤認して解析した場合可視画像は精細度が高いが、雲の影や衛星の視野によって、位置精度や大きさに誤差を生じさせる。特に夜間は使用できない。

赤外画像は精細度は欠けるが、夜間でも使用できるほか、連続的に追跡することが可能で温度スケールで判断できることから客観性は比較的ある。
解析では、最低で6時間以上、出来ることなら24時間の連続画像が必要になる。

衛星撮影によるハリケーンとT番号

4. 脚注
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5. 参照資料
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[ftp://satepsanone.nesdis.noaa.gov/Publications/Tropical/Dvorak_1984.pdf Tropical Cyclone Intensity Analysis Using Satellite Data Vemon F. Dvorak NOAA Technical report NESDIS 11 Sep, 1984]
[1]
Guide on the Global Data-processing System WMO-No.305
Manual on codes volume I-1 alphanumeric codes 1995 edition WMO-No.306
[2]
[3]
[Tropical Cyclone Operation plan for the south-West Indian Ocean 2008 edition WMO TD-No.577 page I-7]

6. 外部リンク
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[4]