JP2002040162A - 発雷予測システム - Google Patents
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Abstract
予測可能とする。 【解決手段】発雷判定処理部13にて、雷雲セル判別部
12により判別される雷雲セルについて、所定回数以上
の追尾を行なうとともに、演算部11により求められた
雷雲セルに対応する鉛直方向積算水分量、最大雨量強
度、雲頂温度及び最大雨量強度層温度といった発雷判定
に必要な発雷パラメータの履歴を追尾期間メモリに保持
しておくようにし、所定回数以上の追尾が行なわれた場
合に、この雷雲セルに対応する履歴パラメータデータと
発雷統計モデル作成部14にて過去の観測データに基づ
き作成された発雷統計モデルとを比較照合し、この比較
照合結果に基づいて60分以内の発雷を判定する。
Description
報し、気象防災に資する発雷予測システムに関する。
に、気象レーダを用いるものがある。これは、レーダエ
コーからセル(雲を構成する基本単位)に含まれる水分
量やその変化を解析し、これをもとに落雷の危険性を判
定するものである。
電路から放射される電磁波を受信して、交会法(例えば
LLS(Lightning Location System))、到達時間差
法(例えばLPATS(Lightning Position and Track
ing System))、または電波干渉法(例えばSAFI
R)などにより落雷発生確率を求める技術が知られてい
る。
有無を正確に標定できるものの、未来に落雷の生じる可
能性を正確に予測することができない。
られている落雷予測システムでは、現時点での落雷の有
無を正確に標定できても、将来に発生し得る落雷の可能
性を正確に予測できないといった不具合を有していた。
で、落雷発生をより正確に予測し得る発雷予測システム
を提供することにある。
システムは、気象レーダで得られるエコー強度データか
ら鉛直方向積算水分量、最大雨量強度及び最大雨量強度
層の高度を求めると共に、高層気象情報に基づく高度−
温度対比データを参照して雲頂温度を求め、かつ最大雨
量強度層の高度と高度−温度対比データの参照結果との
組み合わせにより最大雨量強度層温度を求める演算部
と、この演算部で求められた鉛直方向積算水分量から雷
雲セルを判別する雷雲セル判別部と、過去のレーダ観測
で得られる観測データに基づき、発雷統計モデルを作成
する発雷統計モデル作成部と、雷雲セル判別部で判別さ
れる雷雲セルについて、演算部で求められた鉛直方向積
算水分量、最大雨量強度、雲頂温度及び最大雨量強度層
の温度といった発雷判定に必要な発雷パラメータの履歴
を記録し、かつ雷雲セルの追尾を行ない、所定回数以上
の追尾が行なわれた雷雲セルについて、その履歴パラメ
ータデータから発雷統計モデル作成部で作成された発雷
統計モデルに従って所定時間後の発雷を判定する発雷判
定処理部とを備えるようにしたものである。
れた鉛直方向積算水分量を用いて判別される雷雲セルに
ついて、所定回数以上の追尾を行なうとともに、この雷
雲セルに対応する鉛直方向積算水分量、最大雨量強度、
雲頂温度及び最大雨量強度層の温度といった発雷判定に
必要な発雷パラメータの履歴を追尾期間保持しておくよ
うにし、所定回数以上の追尾が行なわれた場合に、この
雷雲セルに対応する履歴パラメータデータと発雷統計モ
デルとを比較照合し、この比較照合結果に基づいて所定
時間後の発雷を判定できるようにしている。すなわち、
気象レーダにより得られる追尾中の雷雲セルに対応する
発雷パラメータデータと過去の履歴による発雷統計モデ
ルの発雷パラメータデータとを比較照合し、この比較照
合結果に基づいて所定時間後の発雷を予測できるように
している。
間後の落雷の発生確率を正確に予測することが可能とな
る。また、最大雨量強度及び最大雨量強度層の温度とい
った発雷パラメータデータを用いていることにより、従
来に比してより正確に発雷予測を行なうことが可能とな
る。
は、所定回数以上の追尾が行なわれた雷雲セルについ
て、その履歴パラメータデータを発雷統計モデルに従っ
て発雷のあるグループと発雷のないグループとにグルー
プ分けし、発雷統計モデルを作成することを特徴とす
る。また、発雷統計モデル作成部は、所定回数以上の追
尾が行なわれた雷雲セルについて、エコー強度データに
より得られる鉛直方向積算水分量が最大値をとる時刻を
原点として履歴パラメータデータの平均をとることを特
徴とする。さらに、発雷判定処理部は、所定回数以上の
追尾が行なわれた雷雲セルについて、履歴パラメータデ
ータと発雷統計モデルのパラメータデータとの時間軸の
原点をシフトさせて、両データの差の2乗和から最小値
を求めることで発雷ありモデルか発雷無しモデルかの適
用と、モデル曲線上の現在位置を判定することを特徴と
する。このようにすることで、精度良く所定時間後の発
雷予測を行なうことができる。
雲セルの盛衰時期を判定する盛衰判定過程と、この盛衰
判定過程による判定結果から発雷可能性の高くなってい
る位置、時間を判定する発雷判定過程とを備えることを
特徴とする。このようにすることで、雷雲セルの発雷可
能性を雷雲セルの盛衰時期から判定し、より有効な発雷
情報の提供を実現できる。
セル判定部で判定された雷雲セルから、エコー強度が強
く雲頂温度が低く発達している核の部分を抽出し、その
1個または複数個の核毎に取得した時系列情報から雷雲
セルについて別個に盛衰を判定することを特徴とする。
このようにすることで、雷雲セルから、エコー強度が強
く、雲頂温度が低く発達している核の部分を抽出し、そ
の1個または複数個の核毎に取得した時系列情報から雷
雲セルの発達期、成熟期、衰退期を判別し、特に衰退期
にあるセルを発雷可能性が高いと判別できる。
て図面を参照して詳細に説明する。
の一実施形態の構成を示すもので、入力データとして、
気象レーダで観測毎に得られるエコー強度データ及び気
象庁から提供される高層気象情報から求められた高度−
温度対比データが与えられる。なお、エコー強度データ
は、X軸、Y軸、Z軸の直交座標系もしくはr軸、θ
軸、φ軸の極座標系に変換された雨量強度値メッシュデ
ータである。
は、演算部11と、雷雲セル判別部12と、発雷判定処
理部13と、発雷統計モデル作成部14とにより構成さ
れている。このうち、演算部11は、図2に示すよう
に、鉛直方向積算水分量(VIL)演算部111と、最
大雨量強度演算部112と、最大雨量強度層温度演算部
113と、雲頂高度演算部114と、雲頂温度演算部1
15とを備えている。
11、最大雨量強度演算部112、最大雨量強度層温度
演算部113及び雲頂高度演算部114にそれぞれ供給
される。VIL演算部111は、エコー強度データにつ
いて、鉛直方向(Z軸方向)にメッシュ単位の雨量強度
値を積算することでVILを求める。最大雨量強度演算
部112は、エコー強度データから最大雨量層の強度を
求める。雲頂高度演算部114は、エコー強度データか
ら雲頂高度を求める。
雨量強度層温度演算部113及び雲頂温度演算部115
にそれぞれ供給される。最大雨量強度層温度演算部11
3は、エコー強度データから最大雨量強度層の高度を求
め、高度−温度対比データを参照して最大雨量強度層温
度に換算する。雲頂温度演算部115は、雲頂高度演算
部114で求められた雲頂高度を、高度−温度対比デー
タを参照することで雲頂温度に換算する。
求められたVILデータから雷雲域(雷雲セル)を判定
する。この判定結果は、発雷判定処理部13に送られ
る。また、この発雷判定処理部13には、発雷統計モデ
ル作成部14により作成された発雷統計モデルの初期デ
ータが送られる。この発雷統計モデル作成部14は、気
象データベースから成り、過去の観測データに基づき、
発雷統計モデルの初期データを作成するものである。
3に示すような処理を行なう。
雷雲セルを抽出し(ステップS1)、抽出された1以上
の雷雲セルについて発雷判定に必要なVIL、最大雨量
強度、雲頂温度、雲頂高度及び最大雨量強度層温度とい
った発雷パラメータデータを演算部11から取得し、各
パラメータデータの履歴をメモリに記憶しておく(ステ
ップS2)。
ない、追尾回数がn回以上であるか否かを判定する(ス
テップS3)。ここで、追尾回数がn回以上でない場合
(No)、発雷判定処理部13は、予測不可と判定し、
発雷判定処理を終了する(ステップS4)。また、追尾
回数がn回以上である場合(Yes)、発雷判定処理部
13は、発雷統計モデル作成部14から送られてくる初
期データに基づき過去の実績による発雷統計モデルを求
め、メモリに記憶された履歴パラメータデータから発雷
統計モデルの判定を行なう(ステップS5)。なお、発
雷統計モデルについては、図4に示すように、例えばV
ILデータについて発雷ありと発雷無しとに分類され
る。その他のパラメータデータについても同様である。
る。現在観測したデータが3ポイント(9分)と、発雷
統計モデルは20ポイント(60分)とする。ただし、
観測の時間間隔と発雷統計モデルのポイント数の値は一
例であり、その他の値を選んでもよい。まず、発雷判定
処理部13は、実観測した発雷判定要素を発雷ありモデ
ルのカーブに対して時間軸上で基準点をずらしながら下
式に示すような平均二乗誤差を算出し、最も数値の少な
い位置を発雷ありモデルでの誤差とし、その位置を予測
上の原点とする。
デルに対して同様の処理を行なう。履歴パラメータデー
タ及び発雷パラメータデータの両者の誤差を比較し、誤
差の少ない側のモデルに今回観測された雷雲が適合して
いると判定する。そして、今後の予測として、予測上の
原点の次のポイントから先の値でその発雷判定要素が推
移すると予測する。
度、雲頂温度、雲頂高度及び最大雨量強度層温度)それ
ぞれに対して実行し、それぞれの要素の予測値を算出す
る。
を適用するパラメータデータであると判定された場合
に、発雷判定処理部13は、発雷ありモデルに従った各
パラメータデータの予測を行ない(ステップS6)、発
雷無しモデルを適用するパラメータデータであると判定
された場合に、発雷無しモデルに従った各パラメータデ
ータの予測を行なう(ステップS7)。以後、予測した
パラメータデータにより、3〜60分後の発雷判定を行
なう(ステップS8)。
ップS8について図5に示すような処理を行なう。ま
ず、発雷判定処理部13は、ステップS6とステップS
7により予測したパラメータデータのうちの鉛直方向積
算水分量(VIL)がしきい値V1以上であるか否かの
判断を行なう(ステップS81)。そして、鉛直方向積
算水分量がしきい値V1未満であれば(NO)、発雷無
しと判定する。
値V1以上である場合に(YES)、発雷判定処理部1
3は、鉛直方向積算水分量がしきい値V3以上かつ予測
した雲頂温度(CT)がしきい値ct2以下であるか否
か、または予測した最大雨量強度(MR)がしきい値M
r2以上かつ最大雨量強度層の温度(MT)がしきい値
Mt2以下の条件を満たしているか否かの判断を行なう
(ステップS82)。そして、条件を満たしているなら
ば(YES)、強雷と判定する。
場合に(NO)、発雷判定処理部13は、以下の条件を
満たしているか否かの判断を行なう。 (1)予測した鉛直方向積算水分量(VIL)がしきい
値V2以上かつ雲頂温度(CT)がしきい値Ct1以
下、または予測した最大雨量強度(MR)がしきい値M
r1以上かつ最大雨量強度層の温度(MT)がしきい値
Mt1以下(ステップS83)。 (2)追尾中に強雷判定がありかつ雷雲セルが衰退期
(ステップS84)。 (3)予測した雲頂高度(CH)がしきい値Ch1以上
(ステップS85)。
び(2)の条件を満たしている場合に強雷と判定し、
(1)の条件を満たし(2)の条件を満たしていない場
合に中雷と判定し、(1)の条件を満たしておらず
(3)の条件を満たしている場合に弱雷と判定し、
(1)及び(3)のどちらの条件も満たしていない場合
に雷セルと判定する。
達期、成熟期、衰退期で大別されることが知られてい
る。これに対し、落雷は、成熟期の後半から衰退期にか
けて、核(エコー強度の特に強い部分)が雲の上部から
降下してくることに伴って起こることが多い。
コー強度もまだ弱く、雲頂高度も低いため、「弱雷」も
しくは「中雷」として判定しておいてもよい。しかし、
衰退期は、地上への落雷が最も懸念される時期であり、
核の降下に伴ってエコー強度が弱くなり、雲頂高度も下
がってきているとはいえ、強雷として判定されるべき時
期である。
る雷雲セル判定に加え、雷雲セルの盛衰を判定すること
で、より精度の高い発雷予測確率を求めることができ
る。具体的には、図7に示すような処理により盛衰判定
処理を行なう。
部13は、以下の条件の判定を行なう。 (a)雷雲セル内の最大鉛直方向積算水分量[VIL
(max)]がしきい値Vh1未満 (b)雷雲セル内の最大鉛直方向積算水分量[VIL
(max)]がしきい値Vh3より大きい (c)雷雲セル内の最大雨量強度(MR)がしきい値M
rh1未満 (d)雷雲セル内の最大雨量強度(MR)がしきい値M
rh3より大きい (e)雷雲セル内の最大雨量強度層の温度(MT)がし
きい値Mth1より大きい (f)雷雲セル内の最大雨量強度層の温度(MT)がし
きい値Mth3未満 ここで、発雷判定処理部13は、(a)乃至(f)のい
ずれか1つを満たしている場合に発達期と判定する(ス
テップST1)。ここで、(b)、(d)、(f)全て
の条件を満たさない場合に、発雷判定処理部13は、消
滅期と判定する(ステップST2)。また、(a)、
(c)、(e)のいずれか1つの条件を満たさない場合
に、発雷判定処理部13は、成熟期と判定する(ステッ
プST3)。
は、以下の条件の判定を行なう。 (g)最大鉛直方向積算水分量のピークからの減少量
[ΔVIL(max)]がしきい値Vh2未満 (h)最大雨量強度のピークからの減少量(ΔMR)が
しきい値Mrh2未満 (i)最大雨量強度層の温度のピークからの減少量(Δ
MT)がしきい値Mth2より大きい ここで、発雷判定処理部13は、(g)乃至(i)全て
の条件を満たすならば、まだ成熟期であると判定し、
(g)乃至(i)のいずれの条件を満たさず、また満た
すことがあっても雷雲セル内に対流域が存在する場合
に、衰退期と判定する(ステップST4)。
続した場合で、上記(b)、(d)、(f)のいずれか
1つのを満たす場合に、発雷判定処理部13は、発達期
と判定する(ステップST1)。
(f)全ての条件を満たさない場合に、発雷判定処理部
13は、消滅期と判定する(ステップST2)。さら
に、この消滅期において、(b)、(d)、(f)のい
ずれかの条件を満たした場合に、発雷判定処理部13
は、発達期と判定する(ステップST1)。
測結果が強雷判定であった場合、発雷判定処理部13
は、追尾中の雷雲セル毎に発雷統計モデルの組み合わせ
を求め、次式により発雷予測確率を求める。 発雷予測確率[%]=(発雷数/過去実績数)×100 以上述べたように上記実施形態によれば、発雷判定処理
部13において、雷雲セル判別部12により判別される
雷雲セルについて、所定回数以上の追尾を行なうととも
に、この雷雲セルに対応する鉛直方向積算水分量、最大
雨量強度、雲頂温度及び最大雨量強度層温度といった発
雷判定に必要な発雷パラメータの履歴を追尾期間メモリ
に保持しておくようにし、所定回数以上の追尾が行なわ
れた場合に、この雷雲セルに対応する履歴パラメータデ
ータと発雷統計モデルとを比較照合し、この比較照合結
果に基づいて60分以内の発雷を判定できるようにして
いる。すなわち、気象レーダにより得られる追尾中の雷
雲セルに対応する発雷パラメータデータと過去の実績に
よる発雷統計モデルの発雷パラメータデータとを比較照
合し、この比較照合結果に基づいて60分以内の発雷を
予測できるようにしている。
以内の落雷の発生確率を正確に予測することが可能とな
り、この予測情報を外部システムに提供することにより
落雷事故に対する準備等の対応処置の迅速化に寄与でき
る。また、最大雨量強度及び最大雨量強度層温度といっ
た発雷パラメータデータを用いていることにより、従来
に比してより正確に発雷予測、つまり中雷であるか強雷
であるかの予測を行なうことが可能となる。
上の追尾が行なわれた雷雲セルについて、その履歴パラ
メータデータを発雷統計モデルに従って発雷のあるグル
ープと発雷のないグループとにグループ分けしたり、履
歴パラメータデータと発雷統計モデルのパラメータデー
タとの時間軸の原点をシフトさせて、両データの差の2
乗和から最小値を求めることで発雷ありモデルか発雷無
しモデルかの適用と、モデル曲線上の現在位置を判定す
るようにしているので、発雷予測のために複雑な演算処
理を必要とすることなく、精度良く60分以内の発雷予
測を行なうことができる。
盛衰時期を判定し、この判定結果から発雷可能性の高く
なっている位置、時間を判定することで、雷雲セルの発
雷可能性を雷雲セルの減衰時期から判定し、より有効な
発雷情報の提供を実現できる。
判定部12で判定された雷雲セルから、エコー強度が強
く雲頂温度が高く発達している核の部分を抽出し、その
1個または複数個の核毎に取得した時系列情報から雷雲
セルについて別個に盛衰を判定するようにしているの
で、雷雲セルから、エコー強度が強く、雲頂温度が高く
発達している核の部分を抽出し、その1個または複数個
の核毎に取得した時系列情報から雷雲セルの発達期、成
熟期、衰退期を判別し、特に衰退期にあるセルを発雷可
能性が高いと判別できる。
るものではない。例えば、発雷判定処理部13は、発雷
ありモデルと発雷無しモデルに分けて履歴パラメータデ
ータの予測を行なっているが、その他に、所定回数以上
の追尾が行なわれた雷雲セルについて、エコー強度デー
タにより得られるVILが最大値をとる時刻を原点とし
て履歴パラメータデータの平均をとるようにしてもよ
い。ところで、全ての発雷パラメータデータを別々に平
均化すると、VIL以外はそのカーブが顕著に変化しな
いため、VILのみを独立して平均化し、それ以外の発
雷パラメータデータに対しVILと時間軸を同期させて
平均化している。つまり、雷雲の盛衰はVILの変化で
表すことができ、その他の発雷パラメータデータは雷雲
の盛衰に時間を同期させて平均している。
であれば、発雷予測システムの構成及び発雷判定手順を
種々変形しても同様に実施可能であることはいうまでも
ない。
過去の実績による発雷統計モデルに従って発雷パラメー
タデータの予測を行なうことにより、簡単かつ安価な設
備で、落雷発生をより正確に予測し得る発雷予測システ
ムを提供することができる。
の構成を示すブロック図。
ロック図。
理内容を示すフローチャート。
容を示すフローチャート。
Claims (8)
- 【請求項1】 気象レーダで得られるエコー強度データ
から鉛直方向積算水分量、最大雨量強度及び最大雨量強
度層の高度を求めると共に、高層気象情報に基づく高度
−温度対比データを参照して雲頂温度を求め、かつ最大
雨量強度層の高度と高度−温度対比データの参照結果と
の組み合わせにより最大雨量強度層温度を求める演算部
と、 この演算部で求められた鉛直方向積算水分量から雷雲セ
ルを判別する雷雲セル判別部と、 過去のレーダ観測で得られる観測データに基づき、発雷
統計モデルを作成する発雷統計モデル作成部と、 前記雷雲セル判別部で判別される雷雲セルについて、前
記演算部で求められた鉛直方向積算水分量、最大雨量強
度、雲頂温度及び最大雨量強度層の温度といった発雷判
定に必要な発雷パラメータの履歴を記録し、かつ前記雷
雲セルの追尾を行ない、所定回数以上の追尾が行なわれ
た雷雲セルについて、その履歴パラメータデータから前
記発雷統計モデル作成部で作成された発雷統計モデルに
従って所定時間後の発雷を判定する発雷判定処理部とを
具備してなることを特徴とする発雷予測システム。 - 【請求項2】 前記発雷統計モデル作成部は、過去の観
測データに基づき、前記発雷統計モデルの初期値を作成
することを特徴とする請求項1記載の発雷予測システ
ム。 - 【請求項3】 前記発雷統計モデル作成部は、所定回数
以上の追尾が行なわれた雷雲セルについて、その履歴パ
ラメータデータを発雷のあるグループと発雷のないグル
ープとにグループ分けし、発雷統計モデルを作成するこ
とを特徴とする請求項1記載の発雷予測システム。 - 【請求項4】 前記発雷統計モデル作成部は、所定回数
以上の追尾が行なわれた雷雲セルについて、エコー強度
データにより得られる鉛直方向積算水分量が最大値をと
る時刻を原点として、発雷ありの場合と発雷無しの場合
とに分けて履歴パラメータデータの平均をとることで発
雷統計モデルを作成することを特徴とする請求項1記載
の発雷予測システム。 - 【請求項5】 前記発雷判定処理部は、所定回数以上の
追尾が行なわれた雷雲セルについて、履歴パラメータデ
ータと発雷統計モデルのパラメータデータとの時間軸の
原点をシフトさせて、両データの差の2乗和から最小値
を求めることで発雷ありモデルか発雷無しモデルかの適
用と、モデル曲線上の現在位置を判定することを特徴と
する請求項1記載の発雷予測システム。 - 【請求項6】 前記発雷判定処理部は、 前記雷雲セル判定部の判定結果から雷雲セルを抽出する
第1処理過程と、 この第1処理過程で抽出された雷雲セルにおける発雷パ
ラメータの履歴を記録する第2処理過程と、 前記第1処理過程で抽出された雷雲セルを追尾し、この
追尾回数が所定回数以上であるか否かを判定する第3処
理過程と、 この第3処理過程により判定された所定回数以上の追尾
が行なわれた雷雲セルについて、前記第2処理過程にて
記録された履歴パラメータデータから発雷ありモデルを
適用するか発雷無しモデルを適用するかを判定する第4
処理過程と、 この第4処理過程により判定された発雷ありモデルもし
くは発雷無しモデルに従い所定時間後の発雷パラメータ
データを予測する第5処理過程と、 この第5処理過程により予測された発雷パラメータデー
タに基づいて発雷判定を行なう第6処理過程とを備える
ことを特徴とする請求項1記載の発雷予測システム。 - 【請求項7】 前記第5処理過程は、雷雲セルの盛衰時
期を判定する盛衰判定過程と、この盛衰判定過程による
判定結果から発雷可能性の高くなっている位置を判定す
る発雷判定過程とを備えることを特徴とする請求項6記
載の発雷予測システム。 - 【請求項8】 前記盛衰判定過程は、前記雷雲セル判定
部で判定された雷雲セルから、エコー強度が強く雲頂温
度が低く発達している核の部分を抽出し、その1個また
は複数個の核毎に取得した時系列情報から雷雲セルにつ
いて別個に盛衰を判定することを特徴とする請求項1ま
たは7記載の発雷予測システム。
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---|---|---|---|
JP2000229078A JP3779535B2 (ja) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | 発雷予測システム |
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JP2000229078A JP3779535B2 (ja) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | 発雷予測システム |
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JP2002040162A true JP2002040162A (ja) | 2002-02-06 |
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---|---|---|---|---|
JP2013221787A (ja) * | 2012-04-13 | 2013-10-28 | Japan Radio Co Ltd | 気象予測支援装置 |
JP2019045403A (ja) * | 2017-09-06 | 2019-03-22 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 雷脅威情報の提供装置、雷脅威情報の提供方法及びプログラム |
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2000
- 2000-07-28 JP JP2000229078A patent/JP3779535B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US11822049B2 (en) | 2017-09-06 | 2023-11-21 | Japan Aerospace Exploration Agency | Lightning threat information-providing apparatus, lightning threat information-providing method, and program |
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JP3779535B2 (ja) | 2006-05-31 |
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