JP4067999B2

JP4067999B2 - Lightning observation system

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Publication number: JP4067999B2
Application number: JP2003108100A
Authority: JP
Inventors: 融磁前田; 洋酒巻; 博盛野村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004317173A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は気象レーダ装置からの３次元観測結果をもとに、発雷判定を行うとともに、将来の発雷可能性のある時間および位置の予測を行う雷観測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電力システムの保全その他を目的として、雷（雲）観測システムが広く利用されている。この雷観測システムとは、雷雲、即ち、発雷可能性のある雲が発生している領域を、気象レーダ等のセンサからの観測結果に基づき把握・表示するものである。
また、このような雷観測システムは、所望時間先の雷雲の移動予測および発雷予測も行えるのが一般的である。
例えば落雷発生の予測に関するものとして、気象レーダ等の観測データから雷雲域を判定し、その雷雲域の追尾結果から、所望時間先の雷雲の移動予測および盛衰判定ができる雷雲観測システムがある（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１２２４３３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１３１４５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
雷雲は、セル（ｃｅｌｌ、細胞）と呼ばれる雲の単位から成り、このセルは、発達期、成熟期、減衰期というライフサイクルを経過し、これら各期の持続時間が約１５分であることが知られている。
また、雷雲の水平直径は４〜８Ｋｍ程度で、背丈（高度）は、夏季７Ｋｍ以上、冬季４Ｋｍに達することが知られている。
従来の雷観測システムは、時間的、高度方向さらには水平方向にも変化する雷雲を判定する際に、レーダで得られた３次元観測データを２次元平面（メッシュ）のデータに変換して追尾等の処理を行っていた。このため、レーダの情報量を十分に活かしておらず、雷雲の状態（セルを単位として空間に存在すること）を捉え切れていないために判定精度に劣化が生じるという問題があった。
【０００５】
また、雷雲域内では強い対流が生じていること、また、地面との摩擦等により雷雲の動きは上層と下層とでは異なることなどについても、３次元データを２次元データで表現し予測等の処理を行う場合にはその予測等の精度に劣化が生じるという問題もあった。
【０００６】
さらに、従来の雷観測システムにおいて、鉛直方向積算水分量やエコー頂温度等のいくつかのパラメータの組み合わせで雷雲（セル）を判定する方式のもがあるが、この方式の場合、雷雲の判定を行う際に多くのパラメータが必要となることから、多くの観測手段やパラメータ算出手段を要し、これらパラメータに誤差等の異常値が含まれていた場合にはその影響を受け、結果として判定精度が劣化するという問題もあった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、気象レーダによって得られる３次元情報を活かし、かつ、セルを単位として存在する現実の雷雲の変化を考慮して雷雲の判定および予測を行うことにより、より正確な雷情報を提供する雷観測システムを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る雷観測システムは、気象レーダ装置で得た観測データから雷雲セルを抽出する雷雲セル抽出処理部と、前記雷雲セル抽出処理部で抽出した現在の雷雲セルと雷雲セルデータベースからの過去の雷雲セルの同定を図り、両セル間の移動量を変位として出力する雷雲セル同定処理部と、前記変位出力をもとに雷雲セルの移動諸元および盛衰変化量をそれぞれ算出し、同算出結果から所望時刻先の雷雲セルの位置および強度を算出する雷雲セル予測処理部と、前記雷雲セル抽出処理部、雷雲セルデータベースおよび雷雲セル予測処理部からの雷雲セルのデータをもとに、現在、過去および所望時刻先の雷雲セルの盛衰状況を判定する盛衰状況判定処理手段と、前記各処理部、処理手段および雷雲セルデータベースからのデータをもとに、現在、過去および所望時刻先の雷雲セルとその盛衰状況および軌跡等を表示する表示処理部とを備え、前記雷雲セル抽出処理部は、３次元のレーダデータ領域内を雷雲セルの規模に合わせて移動積算処理を行う移動積算処理手段と、前記移動積算結果に対して所定の閾値によって閾値処理を行うことにより雷雲セルか否かを判定し雷雲セルを抽出するセル閾値処理手段とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による雷観測システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、この実施の形態１による雷観測システムは、気象レーダ装置１、雷雲セル抽出処理部２、雷雲セルデータベース３、雷雲セル同定処理部４、雷雲セル予測処理部５、盛衰状況判定処理手段６および表示処理部７で構成される。
【００１０】
ここで、気象レーダ装置１は降雨強度等の気象観測データを得るものである。
雷雲セル抽出処理部２はレーダ観測値もしくはそれを変換したレーダデータから雷雲セルを抽出する処理を行う。
雷雲セルデータベース３は現在および過去の雷雲セルデータを格納する。
雷雲セル同定処理部４は現在の雷雲セルと過去の雷雲セルの同定を図り変位（移動量）を出力する。
【００１１】
雷雲セル予測処理部５は雷雲セル移動諸元算出手段５１、盛衰変化量算出手段５２およびセル統合処理手段５３とで構成され、雷雲セル移動諸元算出手段５１は雷雲セルの速度や加速度といった移動諸元を算出し、盛衰変化量算出手段５２は雷雲セルの単位時間当たりの盛衰変化量を算出し、また、セル統合処理手段５３は雷雲セルの移動諸元および盛衰変化量から所望時刻先の雷雲セルの位置や強度といった状態を求める。
盛衰状況判定処理手段６は現在、過去および所望時刻先の雷雲セルの盛衰状況を判定する。
表示処理部７は現在、過去および所望時刻先の雷雲セルとその盛衰状況および軌跡等を表示する。
【００１２】
次に動作について説明する。
なお、以下では、気象レーダ装置１から得られるレーダ観測値もしくはそれを例えば、降雨強度データに変換したデータを総称してレーダデータと呼ぶ。
気象レーダ装置１は、例えばＣＡＰＰＩ（ＣｏｎｓｔａｎｔＡｌｔｉｔｕｄｅＰｌａｎＰｏｓｉｔｉｏｎＩｎｄｉｃａｔｏｒ）観測によって観測領域内を３次元観測し、そのレーダデータまたはこのデータを変換したデータを得る。なお、その際得られるデータは、ｒ−θ−ψ極座標系もしくはｘ−ｙ−ｚ直交座標系どちらであっても以下の説明では一般性を失わないが、以下ではｘ−ｙ−ｚ直交座標系として説明を行う。
【００１３】
次に、雷雲セル抽出処理部２では、３次元で得られたレーダデータから雷雲セル領域を抽出する。
図２は雷雲セル抽出処理部２の一構成例を示したものであり、３次元のレーダデータ領域内で雷雲セルの規模に合わせて移動積算処理を行う移動積算処理手段２１と、この移動積算結果に対して所定の閾値によって閾値処理を行うことにより雷雲セルか否かを判定し雷雲セルを抽出するセル閾値処理手段２２とで構成されている。例えば、観測領域内のある区画（ｐ，ｑ，ｒ）における移動積算値Ｍ（ｐ，ｑ，ｒ）の算出法としては、座標（ｘ，ｙ，ｚ）におけるレーダデータをＲ（ｘ，ｙ，ｚ）、観測領域の範囲（区画数）を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、雷雲セルの範囲を（ａ，ｂ，ｃ）とすると、
【数１】

のように求めることができる。
【００１４】
図３は、式（１）で示した処理の概念図を示す。同図のように、移動積算処理では、雷雲セルの大きさに合わせたボリュ−ム（体積）毎にレーダデータを積算する処理を観測領域全体について行う。
セル閾値処理手段２２では、このように算出したセル積算値に対して、所定の値Ｔ１を越えている場合は雷雲セルと判定する。このとき、閾値を越えた雷雲セル領域どうしが重なり、所定の雷雲セル範囲（ａ，ｂ，ｃ）を越えることが考えられる。その場合は、例えば、閾値を越える雷雲セル領域が所定の大きさになるように閾値を変化させることや、閾値を越える領域の中央部分を抽出する方法等が考えられる。この構成では、観測領域全体について、雷雲セルを探索するので、雷雲セルの見落とし等がなくなる効果がある。
【００１５】
このとき、例えば、雷雲セル領域や雷雲セル閾値を変化させることで、特定の大きさや強度を持つ雷雲セル領域を抽出でき、特定セルの動向に着目した処理が行うことができ、また、予め雷雲のライフサイクルの時期がわかっている場合にはそれを活かすことができる。更に、季節によって動態が異なることが知られている雷雲の季節情報を盛り込むことができる。
【００１６】
また、図４は他の構成による雷雲セル抽出処理部２であり、レーダデータに対して所定の閾値によって閾値処理を行い、その結果、ある値以上をもつデータを抽出するエコー閾値処理手段２３と、抽出された３次元空間内のレーダデータに対して、領域分割や補間等により雷雲セル領域を形成するセル形成処理手段２４とで構成されている。
【００１７】
エコー閾値処理手段２３では、雷雲セルの所定の強度に応じて閾値を設定し、所定強度以上となったレーダデータを出力する。このようにして出力されたレーダデータは、一般に雷雲セルの形態を成していないため、後段のセル形成処理手段２４において雷雲セルを形成する。雷雲セル形成法としては、例えば、前述した雷雲セルの規模に合わせた移動積算処理が考えられる。この構成では、雷雲セル領域を絞り込むことができ、計算量を削減できるメリットがある。
【００１８】
以上説明の雷雲セル抽出処理部２によって抽出された（複数の）雷雲セルは、雷雲セルデータベース３、雷雲セル同定処理部４および表示処理部７に送られる。雷雲セルデータベース３は、現在および所定時刻前過去の雷雲セルの位置、強度、軌跡といった情報を保持する。
【００１９】
以上のように雷雲セル毎に処理を行うことで、一般には雷雲域に複数存在する雷雲セルの個別の動きに対応することができる。
【００２０】
次に、雷雲セル同定処理部４では、現在のある雷雲セルと雷雲セルデータベースから送られた過去の雷雲セル（群）との同定を図る。
図５は、雷雲セル同定処理部４の一構成例であり、雷雲セル間の相関処理を行うセル相関処理手段４１と、そのように算出された相関値から雷雲どうしが同一か否かを判定する同定判定処理手段４２とで構成されている。
【００２１】
セル相関処理手段４１では、例えば、式（２）によって位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）にある現在の雷雲セルＲＣ１と位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）にある過去の雷雲セルＲＣ２との相関値Ｃ（α，β，γ）を求める。ただし、α，β，γはそれぞれの座標軸における現在の雷雲セルＲＣ１と過去の雷雲セルＲＣ２の変位量を表す。
【数２】

【００２２】
同定判定処理手段４２では、セル相関処理手段４１で得られた相関値が最も高い、もしくは、所定の値以上、もしくは所定の値とある幅をもって合致するか否かにより、現在の雷雲セルと過去の雷雲セルとの同定を判定する。同一性が判定された場合、その結果は雷雲セル予測処理部５および表示処理部７へ送られる。
【００２３】
また、図６は雷雲セル同定処理部４の他の構成例であり、現在の雷雲セルと過去の雷雲セル間の差分を求めるセル差分処理手段４３と、そのように算出された差分値から雷雲どうしが同一か否かを判定する同定判定処理手段４４とで構成されている。
【００２４】
セル差分処理手段４３では、例えば、式（３）によって位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）にある現在の雷雲セルＲＣ１と位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）にある過去の雷雲セルＲＣ２との差分値Ｄ（α，β，γ）を求める。ただし、α，β，γはそれぞれの座標軸における現在の雷雲セルＲＣ１と過去の雷雲セルＲＣ２の変位量を表す。
【数３】

【００２５】
同定判定処理手段４４では、セル差分処理手段４３で得られた差分値が最も小さい、もしくは、所定の値以下、もしくは所定の値とある幅をもって合致するか否かにより、現在の雷雲セルと過去の雷雲セルとの同定を判定する。同一性が判定された場合、その結果である軌跡は表示処理部７へ、また、雷雲セル間の変位（移動）量は雷雲セル予測処理部５へ送られる。
【００２６】
雷雲セル予測処理部５は、例えば、雷雲セル移動諸元算出手段５１、盛衰変化量算出手段５２、セル統合処理手段５３のように構成される。
雷雲セル移動諸元算出手段５１では、例えば、雷雲セルの変位（移動）量を観測単位時間によって除することにより、雷雲セルの速度を求められ、また、追尾処理等により加速度といった他の移動諸元が求められる。
盛衰変化量算出手段５２では、例えば、雷雲セル間の値の変化量を観測単位時間で除することにより、単位時間あたりの変化量を求めることができ、また、速度と同様に高次変化量等も求めることができる。
セル統合処理手段５３では、そのようにして算出された移動諸元と変化量を用いて所望時刻先の雷雲セルの位置および値を算出する。
【００２７】
次に、盛衰状況判定処理手段６では、現在、過去、および所望時刻先の雷雲セルの状態から、その雷雲セルの盛衰状況を判定し、その段階と発雷危険性を出力する。盛衰状況は、例えば、雷雲セルが図７のように変化することを利用する。この図７は雷雲の盛衰の様子を示す図であり、雷雲の発達・成熟・衰弱について時間と高度との関係で描いたものである。この図７のように変化することを利用して、雷雲セル、もしくは、ある強度をもつ部分の高度、体積、強度等の変化に着目することで判定が可能である。発雷現象は一般に雷雲セルの成熟期から衰弱期に至るところで起こることが知られているため、注目する雷雲セルがその段階にあれば発雷危険であることを出力する。
【００２８】
予測に用いる過去のデータとしては、過去数観測分のデータを用いることができる。また、雷雲のライフサイクルを考慮して、例えば、発達期、成熟期、減衰期に相当する時刻のデータを選ぶことができる。
【００２９】
盛衰状況および発雷危険性の判定には、例えば、地形情報、落雷情報、他のシステムによる発雷危険性判定値等を加味することで、その精度を向上させることができる。
【００３０】
最後に表示処理部７では、現在、過去、所望時刻先の雷雲セルの状態および、雷雲セルの軌跡、ライフサイクルにおける段階、発雷危険性といった情報を表示する。
【００３１】
図１では、例えば、レーダデータを分割処理したり、雷雲セルを抽出後に各雷雲セル毎に並列処理することで、演算時間を短縮することができる。図８に、レーダデータを所定の大きさの領域に分割するレーダデータ分割処理部１１を加えた雷予測システムの構成例を示す。このような構成をとることで、個々の雷雲セルの動きに対応できる他、領域を大きくとり過ぎることによる細部の精度劣化を抑える効果がある。
【００３２】
以上のように、この実施の形態１によれば、気象レーダ装置１で得た３次元観測データから雷雲セルを抽出し、抽出した現在の雷雲セルと過去の雷雲セル間の変位を求め、この変位から所望時刻先の位置や強度を予測し、さらに、盛衰状況を判定するので、気象レーダ装置１によって観測された３次元情報を活かし、雷雲セルを単位として存在する現実の雷雲の変化に即して雷雲の判定および予測を行うことができ、より正確な雷情報を提供することができる。
【００３３】
また、雷雲セル抽出処理部２として、３次元のレーダデータ領域内を雷雲セルの規模に合わせて移動積算処理を行う移動積算処理手段２１と、前記移動積算結果に対して所定の閾値によって閾値処理を行うことで雷雲セルか否かを判定し雷雲セルを抽出するセル閾値処理手段２２とを備えた構成とし、観測領域全体について雷雲セルを探索するので、雷雲セルの見落とし等をなくすことができる。
【００３４】
また、雷雲セル抽出処理部２の他の構成として、レーダデータに対して所定の閾値によって閾値処理を行い、ある値以上の強度をもつデータを抽出するエコー閾値処理手段２３と、前記抽出された３次元空間内のレーダデータに対して、領域分割や補間等により雷雲セル領域を形成するセル形成処理手段２４とを備えた構成としたので、探索すべき雷雲セル領域を絞り込むことができ、計算量を削減することができる。
【００３５】
また、雷雲セル同定処理部４として、雷雲セル間の相関処理を行うセル相関処理手段４１と、前記相関値から雷雲どうしが同一か否かを判定する同定判定処理手段４２とを備えた構成とし、現在と過去の雷雲セルの同定を、相関処理によって実現しているので、より精度の高い雷雲セルの同定を行うことができる。
【００３６】
また、雷雲セル同定処理部４の他の構成として、現在の雷雲セルと過去の雷雲セル間の差分を求めるセル差分処理手段４３と、前記差分値から雷雲セルどうしが同一か否かを判定する同定判定処理手段４４とを備えた構成とし、現在と過去の雷雲セルの同定を、差分処理によって実現しているので、演算負荷を削減することができる。
【００３７】
また、気象レーダ装置１からの３次レーダデータを所定の領域に分割するレーダデータ分割処理部１１を備えた構成にすることにより、個々の雷雲セルの動きに対応できる他、領域を大きくとり過ぎることによる細部の精度劣化を抑え、より精度の高い雷雲・雷雲セルの判定・予測結果を得ることができ、また、並列処理等により演算時間を短縮し処理の高速化が可能となる。
【００３８】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による雷観測システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一のものについては同一符号を付し、下記ではその説明を省略する。
図９に示すように、この実施の形態２による雷観測システムは、気象レーダ装置１、レーダデータデータベース６１、レーダデータ同定処理部６２、レーダデータ予測処理部６３、雷雲セル抽出処理部２、雷雲セル同定処理部６４、盛衰状況判定処理手段６５および表示処理部６６で構成される。
【００３９】
ここで、レーダデータデータベース６１はレーダ観測値もしくはそれを変換したレーダデータを格納する。
レーダデータ同定処理部６２は現在のレーダデータと過去のレーダデータの同定を図る。
レーダデータ予測処理部６３はレーダデータ移動諸元算出手段６３１、レーダデータ変化量算出手段６３２、レーダデータ統合処理手段６３３とで構成され、レーダデータ移動諸元算出手段６３１はレーダデータの観測領域内における速度や加速度といった移動諸元を算出し、レーダデータ変化量算出手段６３２は観測領域内のレーダデータの単位時間当たりの変化量を算出し、また、レーダデータ統合処理手段６３３はレーダデータの移動諸元および変化量から所望時刻先のレーダデータの状態を求める。
【００４０】
雷雲セル同定処理部６４は現在、過去、所望時刻先の雷雲セルの同定を図る。
盛衰状況判定処理手段６５は現在、過去、所望時刻先の雷雲セルの盛衰状況を判定する。
表示処理部６６は図１の表示処理部７に相当するものである。
【００４１】
次に動作について説明する。ただし、図１に示す雷観測システムと同じ動作をする部分、もしくは、類推される動作については説明を省略する。
気象レーダ装置１によって得られたレーダデータは、レーダデータベース６１およびレーダデータ同定処理部６２および雷雲セル抽出処理部２へ送られる。
【００４２】
レーダデータ同定処理部６２では、現在のレーダデータと過去のレーダデータとの同定を図る。
図１０はレーダデータ同定処理部６２の一構成例であり、現在のレーダデータと過去のレーダデータとの間で相関処理を行うレーダデータ相関処理手段６２１と、現在のレーダデータと過去のレーダデータとの同一性を判定するレーダデータ同定判定処理手段６２２とで構成されている。
【００４３】
レーダデータ相関処理手段６２１では、例えば、式（４）によって現在のレーダデータＲＤ１と過去のレーダデータＲＤ２の相関値ＣＲ（α’，β’，γ’）を求める。ただし、α’，β’，γ’はそれぞれの座標軸における現在のレーダデータＲＤ１と過去のレーダデータＲＤ２の変位量を表す。
【数４】

【００４４】
レーダデータ同定判定処理手段６２２では、レーダデータ相関処理手段６２１で得られた相関値が最も高い、もしくは、所定の値以上、もしくは所定の値とある幅をもって合致するか否かにより、現在のレーダデータと過去のレーダデータとの同定を判定する。同一性が判定された場合、その結果はレーダデータ予測処理部６３および表示処理部６６へ送られる。
【００４５】
また、図１１はレーダデータ同定処理部６２の他の構成例であり、現在のレーダデータと過去のレーダデータ間の差分を求めるレーダデータ差分処理手段６２３と、そのように算出された差分値からレーダデータどうしが同一か否かを判定するレーダデータ同定判定処理手段６２４とで構成されている。
【００４６】
レーダデータ差分処理手段６２３では、例えば、式（５）によって現在のレーダデータＲＤ１と過去のレーダデータＲＤ２との差分値ＤＲ（α’，β’，γ’）を求める。ただし、α’，β’，γ’はそれぞれの座標軸における現在のレーダデータＲＤ１と過去のレーダデータＲＤ２の変位量を表す。
【数５】

【００４７】
レーダデータ同定判定処理手段６２４では、レーダデータ差分処理手段６２３で得られた差分値が最も小さい、もしくは、所定の値以下、もしくは所定の値とある幅をもって合致するか否かにより、現在のレーダデータと過去のレーダデータとの同定を判定する。同一性が判定された場合、その結果である軌跡は表示処理部６６へ、また、レーダデータ間の変位（移動）量はレーダデータ予測処理部６３へ送られる。
【００４８】
その後、レーダデーダの移動諸元および変化量をレーダデータ移動諸元算出手段６３１およびレーダデータ変化量算出手段６３２において算出し、それらを用いてレーダデータ統合処理手段６３３において未来時刻のレーダデータを予測する。
【００４９】
その後、現在時刻の雷雲セル、将来時刻の雷雲セル、過去の雷雲セルをそれぞれの雷雲セル抽出処理部２により抽出し、雷雲セル同定処理部６４においてそれらの同定を図った後、例えば実施の形態１と同様に盛衰を判定し、表示を行う。
【００５０】
図９の構成における効果として、図９ではレーダデータの状態で予測まで行い、その後、雷雲セルを求めているので、発生・消滅・分裂・統合といった現象のため、同定や追尾が困難である雷雲セルどうしの対応を考慮せずに処理が行える点が考えられる。
【００５１】
また、図８で説明したレーダデータの分割処理や並列処理は図９の構成でも用いることができる。これにより、個々の雷雲セルの動きに対応することができ、また、並列化により演算量を削減することができる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態２によれば、雷雲セルを抽出する前段階にレーダデータ同定処理部６２およびレーダデータ予測処理部６３を設ける構成とし、気象レーダ装置１によって観測された３次元情報であるレーダデータの状態で予測まで行い、その後、雷雲セルを求めているので、発生・消滅・分裂・統合といった現象のため、同定や追尾が困難である雷雲セルどうしの対応を考慮せずに処理を行うことができる。即ち、厳密に定義することが困難である自然界の雷雲域もしくは雷雲セルを、予測の段階では定義せずに観測データそのものを扱うので、より精度の高い予測を行うことができる。
【００５３】
また、レーダデータ同定処理部６２として、レーダデータ間の相関処理を行うレーダデータ相関処理手段６２１と、前記相関値からレーダデータどうしが同一か否かを判定するレーダデータ同定判定処理手段６２２とを備えた構成とし、現在と過去のレーダデータの同定を相関処理によって実現しているので、より精度の高い雷雲セルの同定を行うことができる。
【００５４】
また、レーダデータ同定処理部６２の他の構成として、現在のレーダデータと過去のレーダデータ間の差分を求めるレーダデータ差分処理手段６２３と、前記差分値からレーダデータどうしが同一か否かを判定するレーダデータ同定判定処理手段６２４とを備えた構成とし、現在と過去のレーダデータの同定を差分処理によって実現しているので、演算負荷を削減することができる。
【００５５】
また、実施の形態１と同様に、気象レーダ装置１からの３次レーダデータを所定の領域に分割するレーダデータ分割処理部１１を備えた構成にすることにより、個々の雷雲セルの動きに対応できる他、領域を大きくとり過ぎることによる細部の精度劣化を抑え、より精度の高い雷雲・雷雲セルの判定・予測結果を得ることができ、また、並列処理等により演算時間を短縮し処理の高速化が可能となる。
【００５６】
実施の形態３．
図１２および図１３はこの発明の実施の形態３による雷観測システムの構成を示すブロック図である。
この実施の形態３は前述の実施の形態１または実施の形態２の構成に対し、避雷針や建造物を含む地形情報、大気情報、過去事例、落雷情報等の補助情報を付加することにより雷観測システムとしての精度を一層向上させたものである。
【００５７】
図１２は図１の構成に対し、上記補助情報を提供する補助情報提供部７１を追加したものである。この補助情報提供部７１による補助情報は図示のように、雷雲セルの抽出、同定、予測、盛衰状況判定および表示の各処理に提供される。
【００５８】
また、図１３は図２の構成に対し、上記補助情報を提供する補助情報提供部７２を追加したものである。この補助情報提供部７２による補助情報は、図示のように、レーダデータの同定、予測、雷雲セルの抽出と同定および盛衰状況判定の各処理に供される。
【００５９】
このような構成をとることで、例えば、地形により雷雲と地表面との距離が狭まり、他の地域より発雷危険性が高かったり、大気情報により移動諸元の算出を補正したり、過去事例により、雷雲が通る道筋（雷道）を移動諸元に盛り込んだり、落雷情報により、発雷後の雷雲を特定でき、その雷雲の危険性の評価を下げることができ、雷雲判定および予測精度を向上させることができる。
【００６０】
以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２の構成に対し、地形情報、大気情報、過去事例、落雷情報等の補助情報を提供する補助情報提供部７１（または７２）を備えた構成としたので、これら補助情報を用いた雷雲・雷雲セルの判定・予測が行われ、より高精度な判定・予測ができることとなる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、気象レーダ装置で得た３次元観測データから雷雲セルを抽出し、抽出した現在の雷雲セルと過去の雷雲セル間の変位を求め、この変位から所望時刻先の位置や強度を予測し、さらに、盛衰状況を判定するように構成したので、気象レーダ装置によって観測された３次元情報を活かし、雷雲セルを単位として存在する現実の雷雲の変化に即して雷雲の判定および予測を行うことができ、より正確な雷情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による雷観測システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の雷雲セル抽出処理部の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に関する移動積算処理を示す概念図である。
【図４】図１の雷雲セル抽出処理部の他の構成例を示すブロック図である。
【図５】図１の雷雲セル同定処理部の一構成例を示すブロック図である。
【図６】図１の雷雲セル同定処理部の他の構成例を示すブロック図である。
【図７】図１の盛衰状況判定処理手段に関する雷雲の盛衰の様子を示す図である。
【図８】図１または図９の構成にレーダデータ分割処理部を加える場合の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態２による雷観測システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９のレーダデータ同定処理部の一構成例を示すブロック図である。
【図１１】図９のレーダデータ同定処理部の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による雷観測システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による雷観測システムの他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１気象レーダ装置、２雷雲セル抽出処理部、３雷雲セルデータベース、４雷雲セル同定処理部、５雷雲セル予測処理部、６盛衰状況判定処理手段、７表示処理部、１１レーダデータ分割処理部、２１移動積算処理手段、２２セル閾値処理手段、２３エコー閾値処理手段、２４セル形成処理手段、４１セル相関処理手段、４２同定判定処理手段、４３セル差分処理手段、４４同定判定処理手段、５１雷雲セル移動諸元算出手段、５２盛衰変化量算出手段、５３セル統合処理手段、６１レーダデータデータベース、６２レーダデータ同定処理部、６３レーダデータ予測処理部、６４雷雲セル同定処理部、６５盛衰状況判定処理手段、６６表示処理部、７１，７２補助情報提供部、６２１レーダデータ相関処理手段、６２２レーダデータ同定判定処理手段、６２３レーダデータ差分処理手段、６２４レーダデータ同定判定処理手段Ｂ、６３１レーダデータ移動諸元算出手段、６３２レーダデータ変化量算出手段、６３３レーダデータ統合処理手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lightning observation system that performs lightning determination on the basis of a three-dimensional observation result from a weather radar apparatus and predicts a time and a position that may cause a lightning in the future.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, lightning (cloud) observation systems have been widely used for the purpose of maintenance of electric power systems and others. This lightning observation system grasps and displays a thundercloud, that is, a region where a cloud with a possibility of lightning is generated based on an observation result from a sensor such as a weather radar.
In addition, such a lightning observation system can generally perform thundercloud movement prediction and lightning prediction ahead of a desired time.
For example, there is a thundercloud observation system that can determine the thundercloud area from observation data such as weather radar and predict the movement of the thundercloud and determine the rise and fall of the thundercloud from the tracking result of the thundercloud area as related to forecasting the occurrence of lightning. Reference 1 and Patent Reference 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-122433
[Patent Document 2]
JP 2000-131458 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A thundercloud is made up of cloud units called cells, and this cell has a life cycle of development, maturity, and decay, each of which has a duration of about 15 minutes. Are known.
The thundercloud has a horizontal diameter of about 4 to 8 km, and the height (altitude) is known to reach 7 km or more in summer and 4 km in winter.
Conventional thunder observation systems convert 3D observation data obtained by radar to 2D plane (mesh) data when tracking thunderclouds that change in time, altitude, and even in the horizontal direction. Etc. were performed. For this reason, there is a problem that the accuracy of determination is deteriorated because the information amount of the radar is not fully utilized and the thundercloud state (existing in the space in units of cells) is not captured.
[0005]
In addition, processing such as prediction by expressing three-dimensional data as two-dimensional data, such as strong convection in the thundercloud region, and the fact that thundercloud movement differs between the upper and lower layers due to friction with the ground, etc. There is also a problem that the accuracy of the prediction or the like deteriorates when performing the above.
[0006]
In addition, in conventional lightning observation systems, there is a method of judging thunderclouds (cells) by combining several parameters such as vertical cumulative moisture content and echo peak temperature. In this method, thunderclouds are judged. Since many parameters are required when performing, many observation means and parameter calculation means are required, and if these parameters include abnormal values such as errors, they are affected, resulting in judgment accuracy. There was also a problem of deterioration.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and makes use of the three-dimensional information obtained by the weather radar and determines thunderclouds in consideration of changes in actual thunderclouds existing in units of cells. The aim is to obtain a lightning observation system that provides more accurate lightning information by making predictions.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The thunder observation system according to the present invention includes a thunder cloud cell extraction processing unit that extracts thunder cloud cells from observation data obtained by a weather radar device, a current thunder cloud cell extracted by the thunder cloud cell extraction processing unit, and past data from a thunder cloud cell database. A thundercloud cell identification processing unit that outputs the amount of movement between the two cells as a displacement, and calculates the thundercloud cell movement specifications and rise / decrease changes based on the displacement output. Based on the thundercloud cell data from the thundercloud cell extraction processing unit, the thundercloud cell database and the thundercloud cell prediction processing unit, which calculates the position and intensity of the thundercloud cell at the desired time from the result, A rise / fall situation determination processing means for judging a rise / fall situation of a thundercloud cell at a past and desired time, and data from each of the processing units, the processing means and the thundercloud cell database. Currently Bei and a display processing unit for displaying the past and its rise and fall situation thundercloud cells desired time location and trajectory, etc. The thundercloud cell extraction processing unit performs movement accumulation processing means for performing movement accumulation processing in the three-dimensional radar data area in accordance with the scale of the thundercloud cell, and performs threshold processing on the movement accumulation result with a predetermined threshold. Cell threshold processing means for determining whether or not it is a thundercloud cell and extracting thundercloud cells by performing It is a thing.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing the configuration of a lightning observation system according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, a lightning observation system according to the first embodiment includes a weather radar device 1, a thundercloud cell extraction processing unit 2, a thundercloud cell database 3, a thundercloud cell identification processing unit 4, a thundercloud cell prediction processing unit 5, a rise and fall It comprises a situation determination processing means 6 and a display processing unit 7.
[0010]
Here, the weather radar apparatus 1 obtains weather observation data such as rainfall intensity.
The thundercloud cell extraction processing unit 2 performs processing for extracting thundercloud cells from radar observation values or radar data obtained by converting the radar observation values.
The thundercloud cell database 3 stores current and past thundercloud cell data.
The thundercloud cell identification processing unit 4 identifies the current thundercloud cell and the past thundercloud cell and outputs a displacement (amount of movement).
[0011]
The thundercloud cell prediction processing unit 5 includes a thundercloud cell movement specification calculation unit 51, a rise and fall change amount calculation unit 52, and a cell integration processing unit 53. The thundercloud cell movement specification calculation unit 51 includes movements such as speed and acceleration of the thundercloud cell. Calculating the amount of change, the rise / decrease change calculation means 52 calculates the rise / fall change amount per unit time of the thundercloud cell, and the cell integration processing means 53 calculates the desired time ahead from the movement specification and the rise / fall change amount of the thundercloud cell. Find the state of thundercloud cells, such as position and intensity.
The rise / fall state determination processing means 6 currently determines the rise / fall state of the thundercloud cells at the past and desired time.
The display processing unit 7 currently displays the thundercloud cells at the past and desired time, the rise and fall status, the trajectory, and the like.
[0012]
Next, the operation will be described.
Hereinafter, radar observation values obtained from the weather radar apparatus 1 or data obtained by converting the radar observation values into, for example, rainfall intensity data will be collectively referred to as radar data.
The meteorological radar apparatus 1 performs three-dimensional observation in the observation area by, for example, CAPPI (Constant Altitude Plane Position Indicator) observation, and obtains the radar data or data obtained by converting this data. It should be noted that the data obtained at this time does not lose generality in the following description regardless of whether it is the r-θ-ψ polar coordinate system or the xyz orthogonal coordinate system, but in the following, the xyz orthogonal coordinates The system will be explained.
[0013]
Next, the thundercloud cell extraction processing unit 2 extracts a thundercloud cell region from the radar data obtained in three dimensions.
FIG. 2 shows an example of the configuration of the thundercloud cell extraction processing unit 2. The movement accumulation processing means 21 for performing movement accumulation processing according to the scale of the thundercloud cell in the three-dimensional radar data area, and this movement accumulation. The threshold value processing unit 22 extracts a thundercloud cell by determining whether or not it is a thundercloud cell by performing threshold processing on a result with a predetermined threshold value. For example, as a method for calculating the movement integrated value M (p, q, r) in a certain section (p, q, r) in the observation region, radar data at coordinates (x, y, z) is R (x, y). , Z), the observation area range (number of sections) is (X, Y, Z), and the thundercloud cell range is (a, b, c).
[Expression 1]

Can be obtained as follows.
[0014]
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the processing shown by the equation (1). As shown in the figure, in the movement integration process, a process of integrating radar data for each volume (volume) matched to the size of the thundercloud cell is performed for the entire observation region.
The cell threshold processing unit 22 determines that the cell integrated value calculated in this way is a thundercloud cell when a predetermined value T1 is exceeded. At this time, it is conceivable that thundercloud cell regions that exceed the threshold overlap and exceed a predetermined thundercloud cell range (a, b, c). In that case, for example, a method of changing the threshold value so that the thundercloud cell region exceeding the threshold value has a predetermined size, a method of extracting a central portion of the region exceeding the threshold value, or the like can be considered. In this configuration, since the thundercloud cell is searched for the entire observation region, there is an effect that the thundercloud cell is not overlooked.
[0015]
At this time, for example, by changing the thundercloud cell region and the thundercloud cell threshold, a thundercloud cell region having a specific size and intensity can be extracted, and processing focusing on the trend of the specific cell can be performed. If you know the time of your life cycle, you can make use of it. Furthermore, it is possible to incorporate thundercloud season information, which is known to have different dynamics depending on the season.
[0016]
FIG. 4 shows a thundercloud cell extraction processing unit 2 having another configuration, which performs threshold processing on radar data with a predetermined threshold, and as a result, echo threshold processing means 23 for extracting data having a certain value or more. The extracted radar data in the three-dimensional space includes cell formation processing means 24 for forming a thundercloud cell region by region division, interpolation, or the like.
[0017]
The echo threshold processing unit 23 sets a threshold according to a predetermined intensity of the thundercloud cell, and outputs radar data having a predetermined intensity or more. Since the radar data output in this way generally does not form a thundercloud cell, a thundercloud cell is formed in the cell formation processing means 24 at the subsequent stage. As a thundercloud cell formation method, for example, the movement accumulation process according to the scale of the thundercloud cell described above can be considered. This configuration has the advantage that the thundercloud cell region can be narrowed down and the amount of calculation can be reduced.
[0018]
The thundercloud cells extracted by the thundercloud cell extraction processing unit 2 described above are sent to the thundercloud cell database 3, the thundercloud cell identification processing unit 4, and the display processing unit 7. The thundercloud cell database 3 holds information such as current thundercloud cell positions, intensities, and loci in the past at a predetermined time.
[0019]
By performing processing for each thundercloud cell as described above, it is possible to cope with individual movements of a plurality of thundercloud cells that generally exist in a thundercloud area.
[0020]
Next, the thundercloud cell identification processing unit 4 identifies a current thundercloud cell and a past thundercloud cell (group) sent from the thundercloud cell database.
FIG. 5 is a configuration example of the thundercloud cell identification processing unit 4, and determines whether or not thunderclouds are identical from the correlation value calculated in this way, and the cell correlation processing means 41 that performs correlation processing between thundercloud cells. And identification determination processing means 42 to be configured.
[0021]
In the cell correlation processing means 41, for example, the correlation value C between the current thundercloud cell RC1 at the position (x1, y1, z1) and the past thundercloud cell RC2 at the position (x2, y2, z2) according to the equation (2). Find (α, β, γ). Here, α, β, and γ represent the displacements of the current thundercloud cell RC1 and the past thundercloud cell RC2 on the respective coordinate axes.
[Expression 2]

[0022]
In the identification determination processing means 42, the current thundercloud cell and the past are determined depending on whether the correlation value obtained by the cell correlation processing means 41 is the highest, equal to or greater than a predetermined value, or matches a predetermined value with a certain width. Determine the identity of the thundercloud cell. When the identity is determined, the result is sent to the thundercloud cell prediction processing unit 5 and the display processing unit 7.
[0023]
FIG. 6 shows another example of the configuration of the thundercloud cell identification processing unit 4. The cell difference processing means 43 for obtaining the difference between the current thundercloud cell and the past thundercloud cell, and the thundercloud from the difference value thus calculated. It is comprised with the identification determination process means 44 which determines whether they are the same.
[0024]
In the cell difference processing means 43, for example, the difference value D between the current thundercloud cell RC1 at the position (x1, y1, z1) and the past thundercloud cell RC2 at the position (x2, y2, z2) according to the equation (3). Find (α, β, γ). Here, α, β, and γ represent the displacements of the current thundercloud cell RC1 and the past thundercloud cell RC2 on the respective coordinate axes.
[Equation 3]

[0025]
The identification determination processing unit 44 determines whether the difference value obtained by the cell difference processing unit 43 is the smallest, equal to or less than the predetermined value, or matches the predetermined value with a certain width, and the current thundercloud cell. Determine the identity of the thundercloud cell. When the identity is determined, the resulting trajectory is sent to the display processing unit 7, and the displacement (movement) amount between thundercloud cells is sent to the thundercloud cell prediction processing unit 5.
[0026]
The thundercloud cell prediction processing unit 5 is configured, for example, as a thundercloud cell movement specification calculation unit 51, a rise / fall change calculation unit 52, and a cell integration processing unit 53.
In the thundercloud cell movement specification calculation means 51, for example, the thundercloud cell speed is obtained by dividing the displacement (movement) amount of the thundercloud cell by the observation unit time, and other movement parameters such as acceleration are obtained by tracking processing or the like. The yuan is required.
In the rise / decrease change calculation means 52, for example, the change amount per unit time can be obtained by dividing the change amount of the value between thundercloud cells by the observation unit time. Etc. can also be obtained.
The cell integration processing unit 53 calculates the position and value of the thundercloud cell at a desired time ahead using the movement specifications and the amount of change calculated as described above.
[0027]
Next, the rise / fall state determination processing means 6 determines the rise / fall state of the thundercloud cell from the current, past and desired thundercloud cell states, and outputs the stage and the lightning risk. The rise and fall situation uses, for example, that the thundercloud cell changes as shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing the rise and fall of a thundercloud, depicting the development, maturation, and weakness of a thundercloud in relation to time and altitude. Using this change as shown in FIG. 7, it is possible to make a determination by paying attention to changes in altitude, volume, intensity, etc. of a thundercloud cell or a portion having a certain intensity. Since it is known that a thunderstorm phenomenon generally occurs in the thundercloud cell from the maturity stage to the decline stage, if the thundercloud cell of interest is in that stage, it outputs a lightning danger.
[0028]
As past data used for prediction, data for the past several observations can be used. In addition, in consideration of the thundercloud life cycle, for example, data corresponding to the time of development, maturity, and decay can be selected.
[0029]
In the determination of the rise and fall situation and the lightning risk, for example, the accuracy can be improved by taking into account the terrain information, the lightning strike information, the lightning risk judgment value by other systems, and the like.
[0030]
Finally, the display processing unit 7 displays information such as the current state of the thundercloud cell in the past and a desired time, the trajectory of the thundercloud cell, the stage in the life cycle, and the risk of lightning.
[0031]
In FIG. 1, for example, the calculation time can be shortened by dividing the radar data or performing parallel processing for each thundercloud cell after extracting thundercloud cells. FIG. 8 shows a configuration example of a lightning prediction system to which a radar data division processing unit 11 that divides radar data into regions of a predetermined size is added. By adopting such a configuration, in addition to responding to the movement of individual thundercloud cells, there is an effect of suppressing deterioration in accuracy of details due to excessively large areas.
[0032]
As described above, according to the first embodiment, the thundercloud cell is extracted from the three-dimensional observation data obtained by the weather radar apparatus 1, and the displacement between the extracted current thundercloud cell and the past thundercloud cell is obtained. Since the position and intensity of the desired time ahead are predicted from the displacement, and the rise and fall state is determined, the three-dimensional information observed by the meteorological radar apparatus 1 is utilized to instantly respond to changes in the actual thunderclouds existing in units of thundercloud cells. Thus, thunderclouds can be determined and predicted, and more accurate lightning information can be provided.
[0033]
The thundercloud cell extraction processing unit 2 also includes a movement integration processing means 21 for performing a movement integration process in the three-dimensional radar data area in accordance with the scale of the thundercloud cell, and a threshold process using a predetermined threshold for the movement integration result. The cell threshold processing means 22 for determining whether or not it is a thundercloud cell and extracting the thundercloud cell, and searching for the thundercloud cell in the entire observation region, can eliminate oversight of the thundercloud cell. .
[0034]
As another configuration of the thundercloud cell extraction processing unit 2, the threshold value processing is performed on the radar data with a predetermined threshold value, and the echo threshold value processing means 23 for extracting data having an intensity greater than a certain value, and the extracted Since the radar data in the three-dimensional space is provided with the cell formation processing means 24 for forming the thundercloud cell area by area division or interpolation, the thundercloud cell area to be searched can be narrowed down and calculated. The amount can be reduced.
[0035]
The thundercloud cell identification processing unit 4 includes a cell correlation processing unit 41 that performs correlation processing between thundercloud cells, and an identification determination processing unit 42 that determines whether thunderclouds are the same from the correlation value. Since the identification of current and past thundercloud cells is realized by correlation processing, thundercloud cells can be identified with higher accuracy.
[0036]
Further, as another configuration of the thundercloud cell identification processing unit 4, cell difference processing means 43 for obtaining a difference between the current thundercloud cell and the past thundercloud cell, and determining whether the thundercloud cells are the same from the difference value. Since the identification determination processing means 44 is provided and identification of current and past thundercloud cells is realized by difference processing, the calculation load can be reduced.
[0037]
In addition, by adopting a configuration including the radar data division processing unit 11 that divides the tertiary radar data from the weather radar device 1 into predetermined regions, it is possible to cope with the movements of individual thundercloud cells, and to make the region too large. Therefore, it is possible to obtain a more accurate determination / prediction result of thunderclouds / thundercloud cells, and to shorten the calculation time by parallel processing or the like and to increase the processing speed.
[0038]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a lightning observation system according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same thing as FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted below.
As shown in FIG. 9, the lightning observation system according to the second embodiment includes a weather radar apparatus 1, a radar data database 61, a radar data identification processing unit 62, a radar data prediction processing unit 63, a thundercloud cell extraction processing unit 2, a thundercloud. The cell identification processing unit 64, the rise / fall state determination processing means 65, and the display processing unit 66 are included.
[0039]
Here, the radar data database 61 stores radar observation values or radar data obtained by converting the radar observation values.
The radar data identification processing unit 62 identifies current radar data and past radar data.
The radar data prediction processing unit 63 includes a radar data movement specification calculation unit 631, a radar data change amount calculation unit 632, and a radar data integration processing unit 633. The radar data movement specification calculation unit 631 is in the observation area of radar data. The movement data such as speed and acceleration in the vehicle are calculated, the radar data change amount calculation means 632 calculates the change amount per unit time of the radar data in the observation area, and the radar data integration processing means 633 moves the radar data. The state of the radar data at the desired time ahead is obtained from the specifications and the amount of change.
[0040]
The thundercloud cell identification processing unit 64 currently identifies thundercloud cells at a past and desired time.
The rise / fall state determination processing means 65 currently determines the rise / fall state of the thundercloud cell at the past and desired time.
The display processing unit 66 corresponds to the display processing unit 7 in FIG.
[0041]
Next, the operation will be described. However, the description of the portion that performs the same operation as the lightning observation system shown in FIG.
Radar data obtained by the weather radar apparatus 1 is sent to the radar database 61, the radar data identification processing unit 62, and the thundercloud cell extraction processing unit 2.
[0042]
The radar data identification processing unit 62 attempts to identify current radar data and past radar data.
FIG. 10 shows a configuration example of the radar data identification processing unit 62. A radar data correlation processing unit 621 that performs correlation processing between current radar data and past radar data, and current radar data and past radar data. And radar data identification determination processing means 622 for determining identity.
[0043]
In the radar data correlation processing means 621, for example, a correlation value CR (α ′, β ′, γ ′) between the current radar data RD1 and the past radar data RD2 is obtained by Expression (4). Here, α ′, β ′, and γ ′ represent displacement amounts of the current radar data RD1 and the past radar data RD2 on the respective coordinate axes.
[Expression 4]

[0044]
The radar data identification determination processing unit 622 determines whether the current radar is based on whether the correlation value obtained by the radar data correlation processing unit 621 is the highest, equal to or greater than a predetermined value, or matches a predetermined value with a certain width. Identification of data and past radar data is determined. When the identity is determined, the result is sent to the radar data prediction processing unit 63 and the display processing unit 66.
[0045]
FIG. 11 shows another configuration example of the radar data identification processing unit 62. The radar data difference processing means 623 for obtaining the difference between the current radar data and the past radar data, and the difference value thus calculated. Radar data identification determination processing means 624 for determining whether or not the radar data are the same.
[0046]
In the radar data difference processing means 623, for example, a difference value DR (α ′, β ′, γ ′) between the current radar data RD1 and the past radar data RD2 is obtained by Expression (5). Here, α ′, β ′, and γ ′ represent displacement amounts of the current radar data RD1 and the past radar data RD2 on the respective coordinate axes.
[Equation 5]

[0047]
The radar data identification determination processing unit 624 determines whether the difference value obtained by the radar data difference processing unit 623 is the smallest, equal to or less than a predetermined value, or matches a predetermined value with a certain width. Identification of data and past radar data is determined. When the identity is determined, the resulting trajectory is sent to the display processing unit 66, and the displacement (movement) amount between the radar data is sent to the radar data prediction processing unit 63.
[0048]
Thereafter, the radar data movement specification and change amount are calculated by the radar data movement specification calculation means 631 and the radar data change amount calculation means 632, and the radar data integration processing means 633 is used to predict radar data at a future time. .
[0049]
Then, after the thundercloud cell extraction processing unit 2 extracts the thundercloud cell at the current time, the thundercloud cell at the future time, and the past thundercloud cell, and identifies them in the thundercloud cell identification processing unit 64, for example, the embodiment In the same way as 1, the rise and fall are determined and displayed.
[0050]
As an effect of the configuration of FIG. 9, thunderclouds that are difficult to identify and track due to phenomena such as generation, annihilation, splitting, and integration because prediction is performed in the state of radar data in FIG. 9 and then thundercloud cells are obtained. It is conceivable that processing can be performed without considering the correspondence between cells.
[0051]
Also, the radar data division processing and parallel processing described in FIG. 8 can be used in the configuration of FIG. Thereby, it can respond to the motion of each thundercloud cell, and can reduce a calculation amount by parallelization.
[0052]
As described above, according to the second embodiment, the radar data identification processing unit 62 and the radar data prediction processing unit 63 are provided in the previous stage of extracting the thundercloud cells, and the three-dimensional observed by the meteorological radar apparatus 1 is provided. Since the radar data, which is information, is used for prediction and then the thundercloud cell is obtained, it does not take into account the correspondence between thundercloud cells that are difficult to identify and track due to phenomena such as generation, extinction, splitting, and integration. Can be processed. In other words, since the thundercloud region or thundercloud cell in the natural world, which is difficult to define precisely, is handled at the prediction stage, the observation data itself is handled, so that more accurate prediction can be performed.
[0053]
The radar data identification processing unit 62 includes a radar data correlation processing unit 621 that performs correlation processing between radar data, and a radar data identification determination processing unit 622 that determines whether the radar data is the same from the correlation value. Since the current and past radar data are identified by correlation processing, the thunder cloud cell can be identified with higher accuracy.
[0054]
Further, as another configuration of the radar data identification processing unit 62, a radar data difference processing means 623 for obtaining a difference between the current radar data and past radar data, and determining whether or not the radar data are the same from the difference value. The radar data identification determination processing means 624 is provided, and the identification of current and past radar data is realized by difference processing, so that the calculation load can be reduced.
[0055]
Further, as in the first embodiment, the configuration including the radar data division processing unit 11 that divides the third-order radar data from the weather radar device 1 into predetermined regions can cope with the movement of each thundercloud cell. In addition, it is possible to suppress detailed accuracy degradation due to excessively large areas, obtain more accurate thundercloud / thundercloud cell judgment / prediction results, and shorten processing time by parallel processing etc. Can be realized.
[0056]
Embodiment 3 FIG.
12 and 13 are block diagrams showing the configuration of a lightning observation system according to Embodiment 3 of the present invention.
In this third embodiment, lightning observation is performed by adding auxiliary information such as topography information including lightning rods and buildings, atmospheric information, past cases, and lightning strike information to the configuration of the first embodiment or the second embodiment described above. The accuracy of the system is further improved.
[0057]
FIG. 12 is obtained by adding an auxiliary information providing unit 71 that provides the auxiliary information to the configuration of FIG. The auxiliary information provided by the auxiliary information providing unit 71 is provided for each process of thundercloud cell extraction, identification, prediction, rise / fall state determination, and display as shown in the figure.
[0058]
Further, FIG. 13 is obtained by adding an auxiliary information providing unit 72 for providing the auxiliary information to the configuration of FIG. As shown in the figure, the auxiliary information provided by the auxiliary information providing unit 72 is used for processing of radar data identification, prediction, thundercloud cell extraction and identification, and rise / fall determination.
[0059]
By adopting such a configuration, for example, the distance between the thundercloud and the ground surface is reduced due to topography, the risk of lightning is higher than other areas, the calculation of movement specifications is corrected by atmospheric information, past cases , It is possible to incorporate the path of the thundercloud (thunderstorm) into the moving specifications, and to identify the thundercloud after the thunderstorm by the lightning strike information, lower the evaluation of the thundercloud risk, and improve thundercloud determination and prediction accuracy. Can be improved.
[0060]
As described above, according to the third embodiment, the auxiliary information providing unit that provides auxiliary information such as topographic information, atmospheric information, past cases, and lightning strike information to the configuration of the first or second embodiment. Since the configuration includes 71 (or 72), thunderclouds / thundercloud cells are determined and predicted using the auxiliary information, and more accurate determination / prediction can be performed.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a thundercloud cell is extracted from three-dimensional observation data obtained by a weather radar device, a displacement between the extracted current thundercloud cell and a past thundercloud cell is obtained, and a desired time is determined from this displacement. Since it is configured to predict the position and intensity of the previous point and to determine the state of rise and fall, it utilizes the three-dimensional information observed by the meteorological radar device to match the changes in the actual thundercloud that exists in units of thundercloud cells. Thus, thunderclouds can be determined and predicted, and more accurate lightning information can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a lightning observation system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a thundercloud cell extraction processing unit in FIG. 1;
FIG. 3 is a conceptual diagram showing movement integration processing related to FIG. 2;
4 is a block diagram illustrating another configuration example of the thundercloud cell extraction processing unit of FIG. 1; FIG.
5 is a block diagram showing an example of the configuration of a thundercloud cell identification processing unit in FIG. 1. FIG.
6 is a block diagram showing another configuration example of the thundercloud cell identification processing unit in FIG. 1. FIG.
7 is a diagram showing a thundercloud rise / fall state related to the rise / fall state determination processing means of FIG. 1; FIG.
8 is a block diagram showing a configuration when a radar data division processing unit is added to the configuration of FIG. 1 or FIG. 9;
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a lightning observation system according to Embodiment 2 of the present invention.
10 is a block diagram illustrating a configuration example of a radar data identification processing unit in FIG. 9;
11 is a block diagram illustrating another configuration example of the radar data identification processing unit in FIG. 9;
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a lightning observation system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing another configuration of the lightning observation system according to Embodiment 3 of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Weather radar apparatus, 2 Thunder cloud cell extraction process part, 3 Thunder cloud cell database, 4 Thunder cloud cell identification process part, 5 Thunder cloud cell prediction process part, 6 Slope state determination process means, 7 Display process part, 11 Radar data division | segmentation process part, 21 movement integration processing means, 22 cell threshold processing means, 23 echo threshold processing means, 24 cell formation processing means, 41 cell correlation processing means, 42 identification determination processing means, 43 cell difference processing means, 44 identification determination processing means, 51 thundercloud Cell movement specification calculation means, 52 rise / fall change calculation means, 53 cell integration processing means, 61 radar data database, 62 radar data identification processing section, 63 radar data prediction processing section, 64 thundercloud cell identification processing section, 65 rise / fall state determination Processing means, 66 display processing section, 71, 72 auxiliary information providing section, 621 radar data correlation processing means, 622 Data identification determination processing means 623 radar data difference processing means 624 radar data identification determination processing unit B, 631 radar data migration specification calculating unit, 632 radar data change amount calculating means, 633 radar data integration processing unit.

Claims

A thundercloud cell extraction processing unit that extracts thundercloud cells from observation data obtained by a weather radar device, a current thundercloud cell extracted by the thundercloud cell extraction processing unit, and past thundercloud cell identifications from the thundercloud cell database, A thundercloud cell identification processing unit that outputs the amount of movement between cells as a displacement, and calculates the movement specifications and the amount of change of the rise and fall of the thundercloud cell based on the displacement output, and from the calculation result, the thundercloud cell of the desired time ahead A thundercloud cell prediction processing unit for calculating the position and intensity, and thundercloud cells at the present, past and desired times based on thundercloud cell data from the thundercloud cell extraction processing unit, thundercloud cell database and thundercloud cell prediction processing unit On the basis of the data from the rise / fall situation determination processing means for judging the rise / fall situation of the current, the respective processing units, the processing means and the thunder cloud cell database, the current, past and desired time ahead E Bei and a display processing unit for displaying the cloud cell and its rise and fall situation and trajectories like,
The thundercloud cell extraction processing unit performs movement accumulation processing means for performing movement accumulation processing in the three-dimensional radar data area according to the scale of the thundercloud cell, and performs threshold processing on the movement accumulation result with a predetermined threshold. And a cell threshold value processing means for extracting a thundercloud cell by determining whether or not it is a thundercloud cell .

A thundercloud cell extraction processing unit that extracts thundercloud cells from observation data obtained by a weather radar device, a current thundercloud cell extracted by the thundercloud cell extraction processing unit, and past thundercloud cell databases from the thundercloud cell database, A thundercloud cell identification processing unit that outputs the amount of movement between cells as a displacement, and calculates the movement specifications and the amount of change of the rise and fall of the thundercloud cell based on the displacement output, and from the calculation result, the thundercloud cell of the desired time ahead A thundercloud cell prediction processing unit for calculating the position and intensity, and thundercloud cells at the present, past and desired times based on thundercloud cell data from the thundercloud cell extraction processing unit, thundercloud cell database and thundercloud cell prediction processing unit On the basis of the data from the rise / fall situation determination processing means for judging the rise / fall situation of the current, the respective processing units, the processing means and the thunder cloud cell database, the current, past and desired time ahead And a display processing unit for displaying the cloud cell and its rise and fall situation and trajectories like,
The thundercloud cell extraction processing unit performs threshold processing on radar data obtained in three dimensions with a predetermined threshold, and extracts echo threshold processing means for extracting data having an intensity of a certain value or more, and the extracted 3 A lightning observation system comprising cell formation processing means for forming a thundercloud cell region by area division, interpolation, or the like for radar data in a three-dimensional space.

Radar data identification processing unit that identifies the current radar data obtained by the weather radar device and past radar data from the database, and outputs the displacement between both cells as displacement, and radar data based on the displacement output From the data obtained from the weather radar apparatus, the database, and the radar data prediction processing unit. A thundercloud cell extraction processing unit for extracting thundercloud cells at the present and past desired times, and a thundercloud cell identification for identifying thundercloud cells at the present and past desired times based on data from the thundercloud cell extraction processing unit Based on the data from the processing unit, the thundercloud cell extraction processing unit and the thundercloud cell identification processing unit, Based on the data from the rise / fall situation determination processing means for judging the decay situation, the thundercloud cell extraction processing section and the rise / fall situation judgment processing means, the current thundercloud cell at the past or desired time, the rise / fall situation and the trajectory, etc. A display processing unit for displaying ,
The thundercloud cell extraction processing unit performs movement accumulation processing means for performing movement accumulation processing in the three-dimensional radar data area according to the scale of the thundercloud cell, and performs threshold processing on the movement accumulation result with a predetermined threshold. And a cell threshold value processing means for extracting a thundercloud cell by determining whether or not it is a thundercloud cell .

Radar data identification processing unit that identifies the current radar data obtained by the weather radar device and past radar data from the database, and outputs the displacement between both cells as displacement, and radar data based on the displacement output From the data obtained from the weather radar apparatus, the database, and the radar data prediction processing unit. Present A thundercloud cell extraction processing unit that extracts current and past thundercloud cells, and a thundercloud cell identification that identifies current, past and desired thundercloud cells based on data from the thundercloud cell extraction processing unit And a thundercloud cell determination unit for determining a current state of the thundercloud cell at a past and desired time based on data from the thundercloud cell extraction processing unit and the thundercloud cell identification processing unit, and the thundercloud cell Based on the data from the extraction processing unit and the rise / fall state determination processing unit, the present, equipped with a thunder cloud cell of the past or desired time ahead and a display processing unit for displaying the rise / fall state and locus thereof,
The thundercloud cell extraction processing unit performs threshold processing on radar data obtained in three dimensions with a predetermined threshold, and extracts echo threshold processing means for extracting data having an intensity of a certain value or more, and the extracted 3 A lightning observation system comprising cell formation processing means for forming a thundercloud cell region by area division, interpolation, or the like for radar data in a three-dimensional space.

Thundercloud cell extraction processing unit, thundercloud cell identification processing unit, thundercloud cell prediction processing unit, rise / fall state determination processing means and display processing unit, or radar data identification processing unit, radar data prediction processing unit, thundercloud cell extraction processing unit, thundercloud cell for each identification processing section and rise and fall situation determination processing unit, terrain information, atmospheric information, claims 1 to 4, characterized in that an auxiliary information provision unit to provide supplementary information such as past examples or lightning information The lightning observation system according to any one of the above.