JP2004309309A

JP2004309309A - Cloud cover determining device

Info

Publication number: JP2004309309A
Application number: JP2003103222A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mochizuki; 隆史望月; Isamu Kuramochi; 勇倉持
Original assignee: METEOROLOGICAL AGENCY; Meisei Electric Co Ltd
Current assignee: METEOROLOGICAL AGENCY; Meisei Electric Co Ltd
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP3760443B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cloud cover determining device capable of accurately obtaining cloud cover in each cloud layer by discriminating cloud layers suitable for actual circumstances. <P>SOLUTION: A processing device determines cloud cover based on a plurality of cloud bottom height data stored together with measured time obtained with a ceilometer, and estimates whether or not the cloud continuously exist from the cloud bottom height data obtained in a specific time. The cloud bottom height data estimated to exist is made the candiate of the cloud height, and each candidate cloud height is made a cloud layer candidate. If a cloud layer exists in a specific height range looked from a lower layer cloud layer candidate to an upper layer cloud layer candidate, it is grouped to be a cloud layer candidate. If the height difference between the upper and the lower ends in a cloud layer candidate exceeds a specific value, the exceeded part is regarded as a new cloud layer candidate. The fraction of the sum of the cloud bottom height data from height 0 to the upper limit of each cloud layer candidate to the data total obtained by weighted computation on the number of the cloud bottom height data obtained in a specific time is defined as a cloud cover. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気象観測における雲量（天空に占める雲の割合）を自動観測によって判定する雲量判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
気象情報は航空機の安全運行等に欠かすことのできない重要な情報であり、空港滑走路上空を含むその周辺の気象現象を観測して得られた種々の情報をパイロットや管制官等の航空関係者に通報している。
【０００３】
このような気象現象の一つとして、雲量がある。雲量は、空の面積に対し、雲の面積が占める割合を示し、表１に示すように、８分雲量と、１０分雲量とがあり、航空気象では８分量で観測し、国際的に通報する場合には略語が用いられている。
【０００４】
【表１】

地上における雲量の観測は、目視観測を例にすると、雲の高度を４つの群に分け、夫々の高度群毎に雲量を観測している。
【０００５】
このような雲量の情報は、雲底高さ（地表あるいは水面から雲の底面までの高さ）と共に通報されるようになっており、雲量が５／８〜７／８で、雲底の高さが３０００ｆｔでは、「ＢＫＮ０３０」として表している。
【０００６】
また、雲量の目視観測では、（１）降水あるいは視程障害減少により、上空の見通しが遮られて雲量の推定ができない場合、（２）夜間などで下層の雲の隙間から上空の雲の存在はわかるが雲量の推定ができない場合は、雲量を「不明」としている。
【０００７】
一方、雲底高度を測定するシーロメータを用いて雲量判定を行なう雲量判定装置が提案されている。シーロメータは、鉛直上方に向けてレーザー光を発射し、発射された該レーザー光の雲による反射光を受光素子により受光し、例えば受光素子にて受光するのに要した時間に基づいて雲底高度を求めるようにしたもので、レーザー光を１回発射すると受光装置側では例えば１００ｎｓの時間間隔で５０μｓまで５００回の受光待機状態としており、１００ｎｓの時間間隔は５０ｆｔの高度に対応している。したがって、レーザー光の発射開始から１００ｎｓの時間経過後に該受信装置で反射光を受光すると高度５０ｆｔに雲が存在することが計測できることになる。同様に、該受信装置で反射光を受光する時間が２００ｎｓの時間経過後では高度１００ｆｔに、４９．９μｓの時間経過後では２４，９５０ｆｔに、５０μｓの時間経過後では２５，０００ｆｔに雲が存在することを計測することができる。
【０００８】
このシーロメータを用いた雲量算出の原理は、雲はある速度で移動するから、ある地点における一定時間内の雲のヒット率は、雲が空を占有している率を表しているとの考えに基づき、該ある地点としてシーロメータの鉛直上方とし、該シーロメータから発射されるレーザー光の平均時間内の総発射数（総パルス発射数）に対して、ヒットした（雲からの反射パルスが返ってきて雲と判断した）回数がいくつあったか、その割合（ヒット率）を求めるものである。
【０００９】
雲量の求め方を雲の高度を考えないとして以下に説明する。
【００１０】
上述した平均時間（Ｔ）内の総パルス発射数（Ｎ）は、単に該平均時間内のパルス発射数（Ｌ）とするのではなく、雲量の変化に対して追随できるように直近の所定時間（ｔ）分のパルス数（Ｓ）に対して加重倍率（Ｋ）を加重し、これを該平均時間内のパルス発射数（Ｌ）に加算したもので、
Ｎ＝Ｌ＋Ｓ×Ｋ
で表される。
【００１１】
例えば、前記シーロメータのレーザー光の発射回数が１分間に４回とした場合、Ｔ＝３０分、ｔ＝１０分、加重倍率を１とすると、Ｌ＝３０×４＝１２０回、Ｓ＝１０×４×１＝４０となり、Ｎ＝１２０＋４０＝１６０となる。
【００１２】
次に、このＮ＝１６０のうち、どれだけ雲だと認識したデータ（総ヒット数）があるかを計算する。
【００１３】
総ヒット数をｎ、平均時間（Ｔ）のヒット数をｌ、直近の設定した時間（ｔ）分のヒット数をｓ、加重倍率をｋとすると、総ヒット数（ｎ）は、
ｎ＝ｌ＋ｓ×ｋ
で与えられる。
【００１４】
例えば、過去３０分に３０回のヒットがあり、そのうち直近の１０分に１０回のヒットがあれば、総ヒット数ｎは、
ｎ＝３０＋１０×１＝４０
となる。
【００１５】
そして、雲量は、総パルス発射数Ｎに対する総ヒット数ｎの比（ｎ／Ｎ）で求められ、上述の数値例の場合には、ｎ／Ｎ＝４０／１６０＝０．２５となる。航空気象の場合、８分率（オクタス）で表し（０２５×８＝２）、２割（３文字コードでは”ＦＥＷ”）の雲があることになる。
【００１６】
上述の雲量の求め方は雲の高度を考えないものであったが、実際、雲は高さも様々で、いくつもの層をなしており、高さが同じ雲の集まりを雲層といい、実際の気象観測ではこの雲層毎の雲量を観測することが要求されており、以下に雲層と雲量との関係を説明する。
【００１７】
この雲層をどう判断し、どのように雲量を計算するかについて、単純に高さ毎にヒット数をカウントすればそれで雲量が求まるものではない。
【００１８】
なぜなら、シーロメータは地上から直上の空を見上げて観測する機器であるため、低い雲から反射パルスがあったとき、低い雲が薄ければ上層まで発射パルスが届き、当該上層の雲からの反射パルスを捕らえて複数の層の雲を見つけ出すことが可能である。
【００１９】
しかし、下層の雲が厚ければ、上空まで発射パルスが届かず、下層の一層のみを観測することになる。この場合、その上に雲が存在しているか否かは解らないことになる。目視観測であれば空を見渡して下層の雲の隙間から上層に雲が存在するか否かを判断することができるが、シーロメータは真上しか見ていないため、重なり合った雲の上の層に対しては信頼度が低い。
【００２０】
また、上の層についても、単純にヒットした数だけを数えると、下層に隠された部分でヒットがなければ雲量が少なめに計算されるという不都合が生じる。
【００２１】
このため、下層に隠された部分については、上層にも必ず雲が存在するという大きな前提が必要となってくる。
【００２２】
従来の雲量判定装置はこの大前提のもとに雲量を算出しており、雲層の判別手法がシーロメータを用いた雲層毎の雲量の算出精度に大きく影響を与えることになる。
【００２３】
従来の雲量判定装置における雲層の判別は、先ず観測成果として得たい雲層の高度区分を決定していた。
【００２４】
その高度区分の一例（単位はｆｔ）としては、「１００」、「２００」、「３００」、「４００」、「５００」、「６００」、「７００」、「８００」、「９００」、「１０００」、「１５００」、「２０００」、「２５００」、「３０００」、「３５００」、「４０００」、「４５００」、「５０００」、「６０００」、「７０００」、「８０００」、「９０００」、「１００００」、……「２５０００」であり、それぞれの高度区分では次の高度区分未満の高さまでのデータを含むようにしている。例えば、高度区分「１００」では１００ｆｔ以上２００ｆｔ未満の間でのデータが該当することになる。
【００２５】
次にシーロメータの受信部において得られた瞬間瞬間の雲の高度データについて、上記に示す高度区分に従って離散化処理を行なう。例えば、１４５０ｆｔのヒットデータが得られたら、「１０００ｆｔ」のデータとして、２３００ｆｔのヒットデータが得られたら、「２０００ｆｔ」のデータとして取り扱うというような離散化処理を行なう。
【００２６】
そして、離散化されたヒットデータをカウントする。その際、高度区分毎にヒットデータをカウントするのではなく、下の高度区分からの積算でカウントを行なっており、低い高度区分から積算するのは上述の「下層に隠された部分については、上層にも必ず雲が存在するという」大前提に基づくものである。
【００２７】
高度区分ｉの総ヒット数をｎ（ｉ）とすると
ｎ（ｉ）＝Σｌ（ｉ）＋ｓ（ｉ）×ｋ
但し、ｌ（ｉ）：平均時間（Ｔ）のヒット数
ｓ（ｉ）：直近の設定した時間分（ｔ）のヒット数
ｋ：加重倍率
Σ：ｉ＝１（最下高度区分）からｉ番目の高度区分までの和
このようにして求めた各高度区分毎の総ヒット数ｎ（ｉ）と総パルス発射数Ｎとの比（ｎ（ｉ）／Ｎ）により高度区分ｉの雲量が求まる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような雲量判別装置において、雲量判別の精度向上を阻害させる原因として以下の問題点が指摘されている。
【００２９】
第１の問題点は高度区分による離散化処理、第２の問題点は実際の観測で運用したときに生じる層選別に関する。
【００３０】
（１）第１の問題点
従来の雲量判別装置における離散化処理は、一見すると予め設定した高度区分できれいに層に振り分けられているように思えるが、雲の雲底は常に平坦面になっているものではなく凸凹し、ほつれていたりしている。このため、シーロメータで観測する雲の高さは常にある上下の幅を有することになり、観測に際して、雲の高さはその上下する中でも最もしっかりした部分の高さを知ることが必要となる。言い換えれば、多少雲底が上下変動していても同じ雲なら、一つの高さを決めなければならない。
【００３１】
この上下変動が高度区分の境界近傍で発生していた場合、それぞれを別々の高度区分に組み入れ、別々の雲層として雲量を計算することになる。例えば、上述の高度区分が設定されている場合、１９００〜２０００ｆｔを上下していた目視観測では一層の雲であっても、器械観測では１９００〜１９５０ｆｔの間のヒットデータは高度区分「１５００ｆｔ」のデータであり、２０００〜２１００ｆｔのヒットデータは高度区分「２０００ｆｔ」のデータとして処理される。すなわち、実際には１層のデータであるにもかかわらず、器械のアルゴリズムによって２層のそれぞれ異なる雲が存在するかのように分けられてしまう。
【００３２】
このような不具合は予め設定した高度区分でヒットデータを離散化することに起因する。
【００３３】
（２）第２の問題点
これは、実際の運用上に起こる問題で、航空気象では幾つも雲層が存在していたとしても、通常３層を一定の雲量の条件によって選択し通報する取り決めになっており、第２層は第１層よりも高く雲量が３／８以上、第３層は第２層より高く雲量が５／８以上としている。
【００３４】
こうした条件の中で、従来の雲量判別手法は、全ての高度区分で積算していくという考えから、低い高度からのヒットデータの積算が上述の２層、３層の雲層判定基準に達した高度区分を雲層として選び出す。
【００３５】
ところが、この従来の雲量判別手法では、周辺高度にたった一つしかヒットデータがない場合でも雲量判定基準の閾値に丁度達してしまった場合、そこに雲層があると判定することになる。
【００３６】
例えば、１０００〜１５００ｆｔにまとまったヒットデータが存在し、４０００ｆｔにたった一つだけヒットデータが存在し、７０００〜８０００ｆｔにまとまったヒットデータが存在した場合を想定すると、４０００ｆｔのヒットデータが丁度、雲量３／８に達したところだったとき、目視では平均時間（Ｔ）の中にたった一つしかないノイズのように映るにもかかわらず、その点で３／８というしっかりとした雲層が形成されることになる。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
このような第２の問題点を解決するには、平均時間（Ｔ）内に得られた全ヒットデータを分析して、雲層として判断できるヒットデータか否かを判別できれば雲層の判別精度が向上し、雲層と雲量とが整合した通報が行なえることになる。
【００３８】
そのために、本願発明では、同じ高度のヒットデータが連続していれば、そこに雲層があると判断できる、ということを雲層判別の基本的概念とし、この基本概念に基づいて、得られたヒットデータが雲底高度のデータとして値するか否かを選別する処理を行い、この選別処理で選別されたヒットデータを「雲底高度候補」と称する。
【００３９】
この雲底高度候補の選別処理は、ある高度データの瞬間値に対し、その瞬間値より前Ｘ個前までのデータをチェックし、同じ高度のデータがあれば、その瞬間値のデータが信頼できるデータと判断する。このように同一高度データ間でのデータチェックでは判断基準が厳しくなるため、上下にＹｆｔの高度差を有したヒットデータが前Ｘ個までにあれば、その瞬間値を信頼して用いるようにする。
【００４０】
すなわち、データ取得期間内に集められた信頼できる個々の瞬間値が「雲底高度候補」となる。
【００４１】
一方、上記した第１の問題点を解決するには、上述の雲底高度候補の選別処理によって集められた「雲底高度候補」を高度の尺に並べる。そうすると、例えば１０５０〜１４５０ｆｔ、１６５０〜１９５０ｆｔ、２６５０〜２７００ｆｔ、２８００〜２９００ｆｔ、５２５０〜８６００ｆｔという高度では５０ｆｔの間隔でびっしりと雲底高度候補が存在するのに対し、２０００〜２６００ｆｔ等、雲底高度候補が存在しない部分が認識できることになる。
【００４２】
このことから「雲底高度候補」の連続している部分こそが雲層とみなすことができ、この「雲底高度候補」の群を「雲層候補」とする。
【００４３】
但し、雲はいつもこのような状況に存在するものではなく、例えば上述の５２５０〜８６００ｆｔの間を一つの雲層とみなすのは乱暴であり、また２６５０〜２７００ｆｔと２８００〜２９００ｆｔは近く、２つの領域を同一の層とみなしても問題がないと考えられる。
【００４４】
このような理由から、最初に求めた「雲層候補」を画一的に雲層と決定するのではなく、さらに「雲層候補」をある基準によって分割して別々の「雲層候補」と決定する、あるいは複数の「雲層候補」を合体させて一つの「雲層候補」とすることが実情に合致する。
【００４５】
このように「雲層候補」の分割、合体を行なうことにより、雲層の選定に自由度が生まれ、従来のように、高度区分に縛られることがなくなった。
【００４６】
なお、初めに求められた雲層候補を分割、合体させる条件（パラメータ）の設定については、高度毎に設定できるようにすることで、低高度では例えば１００ｆｔの差が航空機の大きな意味を持っているのに対し、高高度、例えば一万フィートで１００ｆｔの差にこだわることは意味をもたないとの考えに基づくもので、雲底高度候補、雲層候補の決定に供するパラメータは雲底高度が高くなるにつれてゆるい値としている。
【００４７】
上述のようにして雲層候補が決定すると、それぞれの雲層候補に雲底高度と雲量を与える処理を行なう。ここでの雲底高度は各雲層候補の高度の下限の高度を示す。
【００４８】
そして、雲量は、データ取得時間において加重計算され定義されたデータ総数（Ｍ）に対する、高度０から各雲層候補の上限高さまでの瞬間値の積算値（ｍ）の割合（ｍ／Ｍ）で示される。すなわち、このようにして雲量を求めるのは、従来装置では、雲量を積算する高度と通報する高度とは一致していたが、本願発明では雲層候補というまとまりを考えているため、まとまっている分について全て積算する必要があることによる。
【００４９】
これによって、上述した第１の問題点であげた例のように、雲底が多少上下していても、変動の量から一つの層なのか複数の層に分割するか、ヒットデータの特徴に沿った雲層の判定と雲量の計算が可能となる。
【００５０】
そして、各雲層候補の雲底高度と雲量が決定されるので、航空気象通報の国際的な取り決めに従って、雲層を選定する。
【００５１】
【発明の実施の形態】
図１から図３は本発明の実施の形態を示す。
【００５２】
図１は、本発明による雲量判定装置を備えた空港気象観測システムの概要を示している。
【００５３】
飛行場の屋外に装備される屋外機器Ａには、風向風速計１、温度計２、湿度計３、雨量計４、ＲＶＲ（滑走路の中心線上に位置する航空機の操縦士が滑走路面の識別、または滑走路灯もしくは滑走路中心線灯を見ることができる最大距離を計測する機器）５、視程計６、積雪計７と、シーロメータ８等の観測機器が装備されている。
【００５４】
屋外機器Ａの各種観測機器からの観測情報は、屋内機器Ｂのデータ入出力部として設けられているデータ入力装置９に入力され、また気圧計１０からの気圧情報もデータ入力装置９に入力される。
【００５５】
また、データ入力装置９に入力されて記憶されたデータは、屋内機器Ｂのデータ処理部として設けられている処理装置１１に読み込まれて各種の処理が行なわれる。
【００５６】
本発明は、このような処理の中で、シーロメータ８で検出した雲底高度の情報に基づいて雲量を判定するもので、本発明による雲量判定装置の処理装置１１の構成を図３に示す。
【００５７】
図３において、シーロメータ８は、図２に示すように、レーザーパルスを鉛直上方に向けて発射し、雲に反射した背景散乱光（バックスキャッタ）を受光ユニットで受光し、該受光ユニットから受信信号（バックスキャッタ信号）が出力される。
【００５８】
シーロメータ８の構成を詳細に説明すると、シーロメータ８の発振部はレーザーパルスを所定間隔で発射しており、本実施の形態では１分間に４回（１５秒間隔）発射している。またシーロメータ８の受信部は、前記発振部からレーザーパルスが１回発射されると、一定間隔（本実施の形態では１００ｎｓ）毎に所定回数（本実施の形態では５００回）の受信状態を作り出すようにしている。
【００５９】
図２は、レーザーパルスの１回発射による受信態様を模式的に示したもので、レーザーパルスが発射されてから、１００ｎｓ間隔で受信を行なうようにしており、レーザーパルスの発射時をサンプル＃０とし、１００ｎｓ後での受信データをサンプル＃１、２００ｎｓ後での受信データをサンプル＃２、・・・・・４９．９μｓ後での受信データをサンプル＃４９９、５０μｓ後での受信データをサンプル＃５００というように順次受信を行うようにしている。
【００６０】
そして、光速度と距離としてのフィートとの関係、及びレーザーパルスが発射され、雲から反射して受信されるまでに要する時間は当該雲に到達する時間の２倍であることから、１００ｎｓ後においてバックスキャッタ信号が受信された場合、サンプル＃１は雲底高度５０ｆｔに雲が存在することを示す。このことから、シーロメータ８は５０ｆｔ毎に２５，０００ｆｔまでに雲が存在しているか否かを検出でき、このようにして測定された雲の高度を本明細書中において瞬間値と称す。
【００６１】
ここで、上記したサンプル＃１〜＃５００に対応する高度に雲が存在していなければ、該当する受信タイミングの時間に受信待機状態であっても当然に反射光の受光が行なわれないため、当該時間でのバックスキャッタ信号が出力されない。
【００６２】
なお、本実施の形態において、地表から雲の底面までの高さを雲底高度とする。
【００６３】
図３に戻り、データ入力装置９には、観測した雲底高度情報（瞬間値）が時系列的に記憶され、これらの雲底高度情報（瞬間値）に基づいて、処理装置１１は、（１）雲層の判別、（２）雲量の算出、（３）雲底高度の決定と離散化、（４）通報すべき層の選択、の処理を行なう。
【００６４】
（１）雲層の判別処理
雲層の判別処理は、シーロメータ８で測定された雲底高度の瞬間値から、雲層の一つの塊である「雲底高度候補」を求める。
【００６５】
この「雲底高度候補」の選別は、このようにして取得された瞬間値（高度ｈ）について、同じ高度のヒットデータが連続していれば、そこに雲層があると判断できるという考えに基づき、得られたヒットデータが雲底高度のデータとして値するか否かを選別する処理を行い、この選別処理で選別されたヒットデータを「雲底高度候補」とする。
【００６６】
この雲底高度候補の選別処理は、ある高度データの瞬間値に対し、その瞬間値より前Ｘ個前（前Ｘ秒）までのデータをチェックし、同じ高度のデータがあれば、その瞬間値のデータが信頼できるデータと判断する。また、このように同一高度データ間でのデータチェックでは判断基準が厳しくなるため、上下にＹｆｔの高度差を有したヒットデータが前Ｘ個（前Ｘ秒）までにあれば、その瞬間値を信頼し、「雲底高度候補」とする。
【００６７】
すなわち、データ取得期間内に集められた信頼できる個々の瞬間値が「雲底高度候補」となる。
【００６８】
具体的には、例えば現時点より前Ａ分間のデータ取得期間においてレーザーパルスを発射した際に得た瞬間値の全てについて雲底高度候補決定手段１２により雲底高度候補決定処理を行なう。
【００６９】
１分間にレーザーパルスを４回発射したとすると、３０分では１２０回の発射数となる。これに対し、低い雲から反射パルスがあったとき、低い雲が薄ければ上層まで発射パルスが届き、当該上層の雲からの反射パルスを捕らえて複数の層の雲を見つけ出すことが可能であり、また下層の雲が厚ければ、上空まで発射パルスが届かず、下層の一層のみを観測する。
【００７０】
瞬間値として例えば２００ｆｔのデータに着目した場合、当該データから過去１２０秒の間に上下５０ｆｔの間に瞬間値が存在すれば（１５０ｆｔ又は２５０ｆｔ）、この２００ｆｔのデータは雲底高度候補となる。また、１５０ｆｔに着目すれば、この１５０ｆｔのデータは雲底高度候補となる。同様に２５０ｆｔに着目すれば、この２５０ｆｔのデータが雲底高度候補となる。
【００７１】
なお、雲底高度候補決定手段１２は、雲底高度瞬間値の全てについて、本実施の形態では現時点より前Ａ分間として３０分間の値をとるようにしているが、５分から６０分間の値を１分間隔で任意に設定することができる。
【００７２】
また、時間Ｘとしては、１５秒〜６００秒以内の値を１５秒単位で任意に設定することができる。
【００７３】
さらに、高度Ｙとしては、０〜５０００フィートの値を５０フィート間隔で任意に高度毎に設定することができる。
【００７４】
（２）雲層候補決定処理
次に、雲層候補決定手段１３により上述の選別処理により選別された「雲底高度候補」について、これらの「雲底高度候補」を仮に「雲層候補」とし、さらに仮決定された「仮雲層候補」を低高度から高高度へ順に比較して、仮雲層候補同士の合体、或いは仮雲層候補の分割を行なう合体・分離処理を行い、「雲層候補」を決定する。
【００７５】
合体処理は、「仮雲層候補（高度ｈ）」からその上の「仮雲層候補」までの高度（ｈｈ）がＺｆｔ以内の場合、高度ｈ〜高度ｈｈまでの仮雲層候補をグループ化（合体）し、これを「仮雲層候補」とする。この合体処理を順じ低高度から高高度に向かって行なう。
【００７６】
この合体処理によれば、本来は一つの塊である雲であっても雲底が凸凹している場合等に異なった瞬間値が得られ、異なる高度に複数の雲が存在しているかのように判断される場合でも、１つの雲層に組み入れられるため、実際に近い状況を得ることができる。
【００７７】
なお、高度差Ｚについては、０〜５０００ｆｔの値を５０ｆｔ間隔で高度毎に任意に設定することができる。
【００７８】
また、この合体処理によって得られた「仮雲層候補」の中には雲底高度の異なる複数の雲底高度候補が存在するが、これら複数の雲底高度候補の上下端における高度差がＶｆｔを越えていれば、該越えた部分で新たな「雲層候補」とする分割処理を行なう。
【００７９】
この分割処理により、高度差のある雲同士を一つの雲層とみなす矛盾を解消でき、実際に近い状況を得ることができ、上記の合体処理と共に雲層選定の自由度が生まれる。
【００８０】
なお、高度差Ｖについても、０〜５０００ｆｔの値を５０ｆｔ間隔で高度毎に任意に設定することができる。
【００８１】
（３）雲量の算出処理
雲量の算出処理は雲量算出手段１４により演算され、データ取得時間Ａにおいて加重計算され定義されたデータ総数（Ｍ）に対する、高度０から各雲層候補の上限高さまでの瞬間値の積算値（ｍ）の割合（ｍ／Ｍ）をオクタス（８分位）で表現したものを当該雲層候補の雲量とする。
【００８２】
具体的には、上述したデータ取得時間Ａ内のデータ総数（Ｍ）は、雲量の変化に対して追随できるように直近の所定時間（ｔ）分のデータ数（Ｓ）に対して加重倍率（ｋ）を加重し、これをデータ取得時間Ａ内のデータ数（ｌ）に加算したもので、
Ｍ＝ｌ＋Ｓ×ｋ
で表される。
【００８３】
なお、データ取得時間Ａは、５分〜６０分間の値を１分間隔で任意に設定可能、ｔは５分〜３０分間の値を１分間隔で設定可能、加重倍率Ｋは０〜４の間の整数値で設定可能とする。
【００８４】
また、この割合（ｍ／Ｍ）は原則として整数切上とするが、８分の６を越え８分の７．７５未満を７オクタスとし、８分の７．７５以上を８オクタスとする。
【００８５】
（４）雲底高度の決定と離散化処理
雲底高度の決定と離散化処理は、雲底高度の決定・離散手段１５により行なわれ、雲層候補決定手段１３で決定された各雲層候補における下端の雲底高度をその雲層候補の雲底高度とする。
【００８６】
また、雲底高度については、航空気象通報の国際的な取り決めに従って、５０００ｆｔ未満の雲底高度は１００ｆｔ単位に切り捨て、５０００ｆｔ以上の雲底高度については１０００ｆｔ単位に切り捨てる。
【００８７】
なお、この雲底高度の離散化処理により、同じ高さに複数の雲層候補が出現する場合が生じるが、このような場合には雲量の多い方の雲層候補を採用するか、あるいは離散化処理前の高度が高い方の雲層候補を採用する。
【００８８】
（５）通報すべき層の選択処理（雲層を選ぶための諸条件）
通報すべき層の選択処理は、雲層候補決定手段１３で決定された雲層候補と、雲底高度の決定・離散手段１５により処理された各雲層候補毎の離散化された雲底高度と、雲量算出手段１４で算出された各雲層候補毎の雲量に基づいて、気象報を報じるための雲層を選ぶ。
【００８９】
なお、処理装置１１は、過去の所定時間におけるデータ数の中で、異常なデータ数が所定値（０〜４０内で１個単位で設定可能）以上の場合は欠測とするが、観測を行なったが雲がなく雲底高度値が得られない場合は欠測対象とはしない。なお、本実施の形態では過去の３０分間の１２０個のデータに対して異常なデータ数の所定値を４０に設定している。
【００９０】
以上が本実施の形態の構成及びその動作であるが、次に図４、図５を用いて本発明の効果を従来例と比較して説明する。
【００９１】
図４は目視で観測した第１層の雲量（以下目視雲量とする）に対する雲量判定装置の算出した第１層の雲量一致率を示しており、図４（ａ）は前述のように従来の雲量判定装置のアルゴリズムにより判定したデータ数４４３０５の判定結果と目視雲量との誤差を示しており、目視雲量６での一致（雲量が±０）している割合は約１０％、目視雲量７での一致（雲量が±０）している割合は約１８％、目視雲量８での一致（雲量が±０）している割合は約１８％であった。
【００９２】
これに対し、図４（ｂ）は本実施の形態の雲量判定装置のアルゴリズムにより判定したデータ数４４１０４の判定結果と目視雲量との誤差を示しており、目視雲量６での一致（雲量が±０）している割合は約１５％、目視雲量７での一致（雲量が±０）している割合は約２５％、目視雲量８での一致（雲量が±０）している割合は約８２％であった。
【００９３】
この結果より、本実施の形態の雲量判定装置では、８分雲量での雲量が６から８での判定精度が飛躍的に向上し、曇りの天候における下層の雲量の精度が要求される飛行場等において信頼性が増すという効果が得られる。
【００９４】
図５は高度別の雲量一致率を示しており、図５（ａ）は前述のように従来の雲量判定装置のアルゴリズムにより判定したデータ数２８２９６の判定結果における一致率を一致した場合と、雲量のプラス誤差の割合、マイナス誤差の割合を示しており、飛行場において離着陸に重要な１００〜２００フィートにおける雲量の判定において、目視による実際の雲量に対してマイナス側での判定結果は、実際の雲量に対してマイナス１からマイナス４の雲量を示す割合が１００ｆｔでは約２９％、２００ｆｔでは約２３％も存在していた。
【００９５】
これに対し、図５（ｂ）は本実施の形態の雲量判定装置のアルゴリズムにより判定したデータ数２５２４３の判定結果における一致率を一致した場合と、雲量のプラス方向の割合、マイナス方向の割合を示しており、飛行場において離着陸に重要な１００〜２００フィートにおける雲量の判定において、目視による実際の雲量に対してマイナス側での判定結果は、実際の雲量に対してマイナス１からマイナス４の雲量を示す割合が１００ｆｔでは約１８％、２００ｆｔでは約１７％に減少した。
【００９６】
また、図５（ａ）に示すように、従来では実際の雲量に対してマイナス４の値を示すものが１００ｆｔにおいて約４％、２００ｆｔでは約２％存在したが、本実施の形態では図５（ｂ）に示すように、１００ｆｔでは約０．５％程度しか存在せず、２００ｆｔでは０％と存在しておらず、実際の雲量に対して大きなマイナスの値を示す雲量の判定が殆どなくなり、低高度における雲量判定の信頼性が向上した。
【００９７】
したがって、低高度における雲量の判定が実際の判定に対してマイナス側（実際の雲量の値よりも少ない値を示す）に判定する割合を大幅に減少させることが可能となった。
【００９８】
なお、上記した実施の形態は航空気象用を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シーロメータから得られた雲底高度データに対するアルゴリズムの改善により、実際の状況に合った雲層の決定が行なえ、特に航空気象で重要な低高度における雲量が目視による雲量よりも小さい値となる割合が少なくなった。また、雲量が多い場合での精度が飛躍的に向上することができる。このため、航空機の離着陸時における雲量情報を航空関係者により適確に通報することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を備えた空港気象観測システムの実施の形態を示すブロック図。
【図２】図１のシーロメータの作動原理を示す図。
【図３】図１の処理装置のブロック図。
【図４】目視雲量における一致率を示し、（ａ）は従来の雲量判別装置、（ｂ）は本発明の実施の形態による雲量判別装置を示す。
【図５】目視高度別の雲量値の一致率をプラス側とマイナス側に分けて示した表示したもので、（ａ）は従来の雲量判別装置、（ｂ）は本発明の実施の形態による雲量判別装置を示す。
【符号の説明】
Ａ屋外機器
Ｂ屋内機器
１風向風速計
２温度計
３湿度計
４雨量計
５ＲＶＲ
６視程計
７積雪計
８シーロメータ
９データ入力装置
１０気圧計
１１処理装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cloud amount determination device that determines the cloud amount (the ratio of clouds in the sky) in weather observation by automatic observation.
[0002]
[Prior art]
Weather information is important information that is indispensable for safe operation of aircraft, etc., and various information obtained by observing weather phenomena around the airport, including over the airport runway, can be used by aviation officials such as pilots and controllers. Has been reported to.
[0003]
One of such weather phenomena is cloudiness. The cloud cover shows the ratio of the cloud area to the sky area. As shown in Table 1, there are 8 minute cloud cover and 10 minute cloud cover. Abbreviations are used when doing so.
[0004]
[Table 1]

When observing the cloud amount on the ground, for example, visual observation, the altitude of clouds is divided into four groups, and the cloud amount is observed for each altitude group.
[0005]
Such cloud amount information is reported together with the cloud base height (the height from the ground surface or the water surface to the bottom of the cloud). The cloud amount is 5/8 to 7/8, and the cloud base height is calculated. When it is 3000 ft, it is represented as “BKN030”.
[0006]
In addition, in the visual observation of cloud cover, (1) when the cloudiness cannot be estimated due to obstruction of the sky above due to precipitation or a decrease in visibility, (2) the presence of clouds in the sky above the gap between the lower clouds at night, etc. If it is known but the cloud amount cannot be estimated, the cloud amount is set to "unknown".
[0007]
On the other hand, there has been proposed a cloud amount determination device that performs cloud amount determination using a ceilometer that measures cloud base altitude. The ceilometer emits laser light vertically upward, receives the reflected light of the emitted laser light from the cloud by a light receiving element, and for example, based on the time required for the light receiving element to receive the cloud base altitude. When the laser beam is emitted once, the light receiving device side waits for 500 times up to 50 μs at a time interval of, for example, 100 ns, and the 100 ns time interval corresponds to an altitude of 50 ft. Therefore, when the reflected light is received by the receiving device 100 ns after the start of the emission of the laser light, it can be measured that the cloud exists at an altitude of 50 ft. Similarly, a cloud exists at an altitude of 100 ft after 200 ns of reflected light is received by the receiver, at 24,950 ft after 49.9 μs, and at 25,000 ft after 50 μs. Can be measured.
[0008]
The principle of cloud amount calculation using this ceilometer is that clouds move at a certain speed, and the hit rate of a cloud at a certain point within a certain period of time indicates the rate at which the cloud occupies the sky. On the basis of this, a certain point is assumed to be vertically above the ceilometer, and the number of shots (total number of pulse shots) within the average time of the laser light emitted from the ceilometer is hit (the reflected pulse from the cloud is returned). The number of hits (determined as a cloud) and the ratio (hit rate) are calculated.
[0009]
The method of obtaining the cloud amount will be described below assuming that the altitude of the cloud is not considered.
[0010]
The total number of pulse firings (N) within the above average time (T) is not simply the number of pulse firings (L) within the average time, but is the latest predetermined time so that it can follow changes in cloudiness. The weighting factor (K) is weighted to the pulse number (S) for (t), and this is added to the pulse emission number (L) within the average time.
N = L + S × K
It is represented by
[0011]
For example, assuming that the number of laser beams emitted from the ceilometer is four per minute, T = 30 minutes, t = 10 minutes, and weighting magnification is 1, L = 30 × 4 = 120 times, S = 10 × 4 × 1 = 40, and N = 120 + 40 = 160.
[0012]
Next, it is calculated how much data (the total number of hits) is recognized as a cloud out of N = 160.
[0013]
If the total number of hits is n, the number of hits in the average time (T) is 1, the number of hits for the last set time (t) is s, and the weighting factor is k, the total number of hits (n) is
n = 1 + s × k
Given in.
[0014]
For example, if there have been 30 hits in the past 30 minutes and 10 hits in the last 10 minutes, the total number of hits n is
n = 30 + 10 × 1 = 40
It becomes.
[0015]
Then, the cloud amount is obtained by the ratio (n / N) of the total hit number n to the total pulse emission number N. In the case of the above numerical example, n / N = 40/160 = 0.25. In the case of aviation weather, there are clouds represented by 8 fractions (octas) (025 × 8 = 2) and 20% (“FEW” in the three-letter code).
[0016]
Although the above-mentioned method of calculating the cloud amount did not consider the altitude of the cloud, in fact, the clouds have various heights and are in several layers, and a group of clouds with the same height is called a cloud layer. In weather observation, it is required to observe the cloud amount for each cloud layer. The relationship between the cloud layer and the cloud amount will be described below.
[0017]
Regarding how to judge this cloud layer and how to calculate the cloud amount, simply counting the number of hits for each height does not mean that the cloud amount can be obtained.
[0018]
Because a ceilometer is an instrument that looks up from the ground directly above the sky, when there is a reflected pulse from a low cloud, the launch pulse reaches the upper layer if the low cloud is thin, and the reflected pulse from the upper cloud is calculated. It is possible to catch and find multiple layers of clouds.
[0019]
However, if the lower cloud is thicker, the launch pulse will not reach the sky and only the lower layer will be observed. In this case, it is not known whether or not a cloud exists on the cloud. With visual observation, you can look at the sky and determine whether there is a cloud in the upper layer from the gap between the lower clouds, but since the ceilometer only looks directly above, the ceiling Has low reliability.
[0020]
Also, if the number of hits in the upper layer is simply counted, there is a disadvantage that if there is no hit in a portion hidden in the lower layer, the amount of cloud is calculated to be small.
[0021]
For this reason, it is necessary to make a large assumption that a cloud is always present in the upper layer in the portion hidden in the lower layer.
[0022]
The conventional cloud amount determination apparatus calculates the cloud amount on the basis of this large premise, and the cloud layer determination method greatly affects the calculation accuracy of the cloud amount for each cloud layer using a ceilometer.
[0023]
In the cloud layer determination in the conventional cloud amount determination device, first, the altitude classification of the cloud layer desired to be obtained as an observation result is determined.
[0024]
Examples of the altitude classification (unit is ft) include “100”, “200”, “300”, “400”, “500”, “600”, “700”, “800”, “900”, and “900”. 1000 "," 1500 "," 2000 "," 2500 "," 3000 "," 3500 "," 4000 "," 4500 "," 5000 "," 6000 "," 7000 "," 8000 "," 9000 " , “10000”,..., “25000”, and each altitude section includes data up to a height lower than the next altitude section. For example, in the altitude section “100”, data within the range of 100 ft or more and less than 200 ft corresponds.
[0025]
Next, the altitude data of the cloud obtained at the receiving section of the ceilometer is subjected to a discretization process in accordance with the altitude classification described above. For example, discretization processing is performed such that if 1450 ft hit data is obtained, and if 2300 ft hit data is obtained as “1000 ft” data, it is handled as “2000 ft” data.
[0026]
Then, the discretized hit data is counted. At that time, instead of counting hit data for each altitude section, counting is performed by integration from the lower altitude section, and integration from the lower altitude section is based on the above-mentioned "for the part hidden in the lower layer, There is always a cloud in the upper layer. "
[0027]
If the total number of hits in altitude section i is n (i)
n (i) = Σl (i) + s (i) × k
Where l (i) is the number of hits in the average time (T)
s (i): number of hits for the last set time (t)
k: Weighting magnification
Σ: Sum from i = 1 (lowest altitude section) to i-th altitude section
From the ratio (n (i) / N) of the total number of hits n (i) and the total number of pulse shots N for each altitude section determined in this way, the cloud amount of the altitude section i is obtained.
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the following problems have been pointed out as factors that hinder the improvement of the accuracy of the cloud amount discrimination in such a cloud amount discriminating apparatus.
[0029]
The first problem is related to the discretization processing based on the altitude classification, and the second problem is related to layer selection that occurs when operated in actual observation.
[0030]
(1) First problem
At first glance, the discretization processing in the conventional cloud amount discriminating device seems to be clearly divided into layers according to the preset altitude division, but the cloud bottom of the cloud is not always a flat surface, but it is uneven and frayed. I'm going. For this reason, the height of the cloud observed by the ceilometer always has a certain upper and lower width, and at the time of observation, it is necessary to know the height of the most stable part of the height of the cloud. In other words, even if the cloud base fluctuates slightly up and down, if the cloud is the same, one height must be determined.
[0031]
If this vertical fluctuation occurs near the boundary of the altitude section, each is incorporated into a different altitude section and the cloud amount is calculated as a separate cloud layer. For example, when the above-mentioned altitude division is set, hit data between 1900 and 1950 ft in instrumental observations will be hit data in the altitude division "1500 ft" even if it is a single layer cloud in the visual observation that went up and down 1900 to 2000 ft. The hit data of 2000 to 2100 ft is processed as data of the altitude section “2000 ft”. That is, although it is actually one layer of data, it is divided by the algorithm of the instrument as if two layers of different clouds exist.
[0032]
Such a defect is caused by discretizing hit data in a preset altitude section.
[0033]
(2) Second problem
This is a problem that arises in actual operation. Even if there are many cloud layers in aviation weather, it is usually agreed that three layers are selected and reported according to the conditions of constant cloud cover. The cloud amount is higher than the first layer and the cloud amount is 3/8 or more, and the cloud amount of the third layer is higher than the second layer and the cloud amount is 5/8 or more.
[0034]
Under such conditions, the conventional cloud amount discrimination method considers that the accumulation is performed at all the altitude divisions. Select sections as cloud layers.
[0035]
However, in the conventional cloud amount determination method, even when there is only one hit data at the peripheral altitude, when the threshold value of the cloud amount determination reference has just been reached, it is determined that there is a cloud layer there.
[0036]
For example, assuming that there is hit data at 1000 to 1500 ft, there is only one hit data at 4000 ft, and there is hit data at 7000 to 8000 ft, the 4000 ft hit data is exactly the amount of cloud. When it reached 3/8, a solid cloud layer of 3/8 was formed at that point, even though it appeared to the eye that there was only one noise in the average time (T). Will be.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the second problem, all hit data obtained within the average time (T) is analyzed, and if it is possible to determine whether or not the hit data can be determined as a cloud layer, the accuracy of cloud layer determination is improved. Then, a report in which the cloud layer and the cloud amount match can be performed.
[0038]
Therefore, in the present invention, the basic concept of cloud layer discrimination is that if hit data of the same altitude are continuous, it can be determined that there is a cloud layer, and the hit obtained based on this basic concept is determined. A process of selecting whether or not the data is worth the data of the cloud bottom altitude is performed, and the hit data selected in this screening process is referred to as a “cloud bottom altitude candidate”.
[0039]
In this process of selecting cloud bottom height candidates, the instantaneous value of certain altitude data is checked up to X times before the instantaneous value, and if there is data of the same altitude, the data of the instantaneous value is reliable. Judge as data. As described above, since the criterion becomes strict in the data check between the same altitude data, if there are up to X hit data having a vertical difference of Yft above and below, the instantaneous value is reliably used. .
[0040]
That is, the reliable individual instantaneous values collected during the data acquisition period are "cloud bottom height candidates".
[0041]
On the other hand, in order to solve the first problem described above, the “cloud bottom height candidates” collected by the above-described cloud bottom height candidate selection processing are arranged in a height scale. Then, at altitudes of, for example, 1050 to 1450 ft, 1650 to 1950 ft, 2650 to 2700 ft, 2800 to 2900 ft, and 5250 to 8600 ft, there are tight cloud bottom altitude candidates at intervals of 50 ft, but cloud altitudes such as 2000 to 2600 ft A portion where no candidate exists can be recognized.
[0042]
From this, a continuous portion of the “cloud bottom height candidates” can be regarded as a cloud layer, and this group of “cloud bottom height candidates” is referred to as “cloud layer height candidates”.
[0043]
However, clouds do not always exist in such a situation. For example, it is violent to regard the above-mentioned range of 5250 to 8600 ft as one cloud layer, and 2650 to 2700 ft and 2800 to 2900 ft are close to two regions. It is considered that there is no problem even if they are regarded as the same layer.
[0044]
For this reason, instead of uniformly determining the initially determined “cloud layer candidate” as the cloud layer, the “cloud layer candidate” is further divided according to a certain criterion and determined as separate “cloud layer candidates”, or Combining a plurality of “cloud layer candidates” into one “cloud layer candidate” matches the actual situation.
[0045]
By dividing and merging the “cloud layer candidates” in this way, the degree of freedom in selecting the cloud layer is created, and it is no longer restricted to the altitude classification as in the past.
[0046]
It should be noted that the conditions (parameters) for dividing and merging the initially obtained cloud layer candidates can be set for each altitude. For example, a difference of 100 ft at a low altitude has a significant meaning for an aircraft. On the other hand, it is based on the idea that it is meaningless to stick to a high altitude, for example, a difference of 100 ft at 10,000 feet, and the parameters used for determining the cloud base altitude candidate and the cloud layer candidate are as follows. The value is gradually reduced as it becomes.
[0047]
When the cloud layer candidates are determined as described above, a process of giving the cloud base height and the cloud amount to each cloud layer candidate is performed. The cloud base height here indicates the lower limit of the height of each cloud layer candidate.
[0048]
The cloud amount is represented by the ratio (m / M) of the integrated value (m) of the instantaneous value from the altitude 0 to the upper limit height of each cloud layer candidate with respect to the total number of data (M) defined by weighting calculation at the data acquisition time. It is. That is, in the conventional apparatus, the altitude at which the cloud amount is integrated and the altitude at which the cloud amount is reported match in the conventional apparatus. It is necessary to calculate all of
[0049]
As a result, as in the example given in the first problem described above, even if the cloud base slightly rises and falls, it is possible to determine whether it is divided into one layer or a plurality of layers based on the amount of fluctuation, The determination of the cloud layer along the direction and the calculation of the cloud amount can be performed.
[0050]
Then, since the cloud base altitude and the cloud amount of each cloud layer candidate are determined, the cloud layer is selected according to the international agreement of the aviation weather report.
[0051]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 3 show an embodiment of the present invention.
[0052]
FIG. 1 shows an outline of an airport weather observation system including a cloud amount determination device according to the present invention.
[0053]
The outdoor equipment A installed outside the airfield includes an anemometer 1, a thermometer 2, a hygrometer 3, a rain gauge 4, and an RVR (a pilot of an aircraft located on the centerline of the runway identifies the runway, Or an instrument for measuring the maximum distance at which a runway light or a runway centerline light can be seen) 5, a visibility meter 6, a snow gauge 7, and a ceilometer 8.
[0054]
Observation information from various observation devices of the outdoor device A is input to the data input device 9 provided as a data input / output unit of the indoor device B, and pressure information from the barometer 10 is also input to the data input device 9. You.
[0055]
The data input to and stored in the data input device 9 is read by the processing device 11 provided as a data processing unit of the indoor device B, and various processes are performed.
[0056]
The present invention determines the cloud amount based on the information of the cloud base altitude detected by the ceilometer 8 in such processing. FIG. 3 shows the configuration of the processing unit 11 of the cloud amount determination device according to the present invention.
[0057]
3, as shown in FIG. 2, a ceilometer 8 emits a laser pulse vertically upward, receives a background scattered light (backscatter) reflected on a cloud by a light receiving unit, and receives a reception signal from the light receiving unit. (Backscatter signal) is output.
[0058]
The configuration of the ceilometer 8 will be described in detail. The oscillating section of the ceilometer 8 emits laser pulses at predetermined intervals, and in the present embodiment, emits laser pulses four times a minute (15-second intervals). When the laser pulse is emitted once from the oscillating unit, the receiving unit of the ceilometer 8 creates a receiving state of a predetermined number of times (500 times in the present embodiment) at regular intervals (100 ns in the present embodiment). Like that.
[0059]
FIG. 2 schematically shows a reception mode by one-time emission of a laser pulse. After the laser pulse is emitted, reception is performed at intervals of 100 ns. The received data after 100 ns is sample # 1, the received data after 200 ns is sample # 2,..., The received data after 49.9 μs is sample # 499, and the received data after 50 μs is sampled. Reception is sequentially performed as in # 500.
[0060]
Then, the relationship between the speed of light and the feet as distance, and the time required for the laser pulse to be emitted and reflected from the cloud and received is twice the time to reach the cloud, so after 100 ns If a backscatter signal is received, sample # 1 indicates that a cloud exists at a cloud base altitude of 50 ft. From this, the ceilometer 8 can detect whether or not a cloud exists by 25,000 ft every 50 ft, and the altitude of the cloud thus measured is referred to as an instantaneous value in this specification.
[0061]
Here, if the cloud does not exist at the altitude corresponding to the above-mentioned samples # 1 to # 500, the reflected light is not received naturally even in the reception standby state at the time of the corresponding reception timing. No backscatter signal is output at the time.
[0062]
In the present embodiment, the height from the ground surface to the bottom of the cloud is defined as the cloud bottom altitude.
[0063]
Returning to FIG. 3, the observed cloud base altitude information (instantaneous value) is stored in the data input device 9 in time series, and based on the cloud base altitude information (instantaneous value), the processing device 11 Processing of 1) discrimination of cloud layer, (2) calculation of cloud amount, (3) determination and discretization of cloud base height, and (4) selection of a layer to be reported.
[0064]
(1) Cloud layer discrimination processing
In the cloud layer discrimination processing, a cloud bottom altitude candidate, which is one lump of the cloud layer, is obtained from the instantaneous value of the cloud bottom height measured by the ceilometer 8.
[0065]
The selection of the “cloud bottom height candidate” is based on the idea that if the hit data of the same height is continuous for the instantaneous value (height h) thus obtained, it can be determined that there is a cloud layer there. Then, a process of selecting whether or not the obtained hit data deserves as data of the cloud base altitude is performed, and the hit data selected by the screening process is set as a “cloud base height candidate”.
[0066]
This process of selecting cloud bottom height candidates checks the instantaneous value of certain altitude data up to X times before (X seconds before) the instantaneous value, and if there is data of the same altitude, the instantaneous value Is determined to be reliable data. In addition, since the criterion becomes stricter in the data check between the same altitude data as described above, if there are up to X (previous X seconds) hit data having a vertical difference of Yft above and below, the instantaneous value is determined. Reliable, "candidate cloud bottom height".
[0067]
That is, the reliable individual instantaneous values collected during the data acquisition period are "cloud bottom height candidates".
[0068]
Specifically, for example, the cloud bottom height candidate determination means 12 performs a cloud bottom height candidate determination process on all instantaneous values obtained when the laser pulse is fired during the data acquisition period of A minutes before the present time.
[0069]
Assuming that four laser pulses are fired in one minute, 120 fires are performed in 30 minutes. On the other hand, when there is a reflected pulse from a low cloud, the launch pulse reaches the upper layer if the low cloud is thinner, and it is possible to find the clouds in multiple layers by capturing the reflected pulse from the upper cloud. If the lower cloud is thicker, the launch pulse will not reach the sky, and only one lower layer will be observed.
[0070]
Focusing on, for example, 200 ft data as the instantaneous value, if there is an instantaneous value between the data and the upper and lower 50 ft during the past 120 seconds (150 ft or 250 ft), the 200 ft data is a cloud base height candidate. Focusing on 150 ft, this 150 ft data is a cloud base height candidate. Similarly, if attention is paid to 250 ft, this 250 ft data is a cloud base height candidate.
[0071]
In addition, in this embodiment, the cloud bottom height candidate determination means 12 takes a value of 30 minutes as A minutes before the present time for all the cloud bottom height instantaneous values, but changes the value of 5 minutes to 60 minutes. It can be set arbitrarily at one minute intervals.
[0072]
As the time X, a value within a range from 15 seconds to 600 seconds can be arbitrarily set in units of 15 seconds.
[0073]
Further, as the altitude Y, a value of 0 to 5000 feet can be arbitrarily set for each altitude at intervals of 50 feet.
[0074]
(2) Cloud layer candidate determination processing
Next, with respect to the “cloud bottom height candidates” selected by the above-described selection processing by the cloud layer candidate determination means 13, these “cloud bottom height candidates” are temporarily set as “cloud layer candidates”, and the provisionally determined “temporary cloud layer candidate” is further set. Are sequentially compared from the low altitude to the high altitude, and a merging / separation process for merging the temporary cloud layer candidates or dividing the temporary cloud layer candidates is performed to determine a “cloud layer candidate”.
[0075]
When the altitude (hh) from the “temporary cloud layer candidate (altitude h)” to the “temporary cloud layer candidate” above it is within Zft, the merging processing groups the temporary cloud layer candidates from altitude h to altitude hh (merge). This is referred to as a “tentative cloud layer candidate”. This merging process is performed sequentially from low altitude to high altitude.
[0076]
According to this merging process, even if the cloud is originally a lump, different instantaneous values are obtained when the cloud bottom is uneven, and it is as if multiple clouds exist at different altitudes. However, since it is incorporated into one cloud layer, a situation close to the actual situation can be obtained.
[0077]
In addition, as for the height difference Z, a value of 0 to 5000 ft can be arbitrarily set for each height at intervals of 50 ft.
[0078]
In addition, among the “tentative cloud layer candidates” obtained by the merging process, there are a plurality of cloud bottom height candidates having different cloud bottom altitudes, and the height difference between the upper and lower ends of the plurality of cloud bottom height candidates is Vft. If it exceeds, a division process is performed at the exceeded portion as a new “cloud layer candidate”.
[0079]
By this division processing, it is possible to eliminate the contradiction in which clouds having different altitudes are regarded as one cloud layer, to obtain a situation close to the actual situation, and to achieve the freedom of cloud layer selection together with the above-described coalescence processing.
[0080]
In addition, the altitude difference V can be arbitrarily set at a value of 0 to 5000 ft for each altitude at intervals of 50 ft.
[0081]
(3) Cloud amount calculation process
The calculation process of the cloud amount is performed by the cloud amount calculating means 14, and the integrated value (m) of the instantaneous value from the altitude 0 to the upper limit height of each cloud layer candidate with respect to the total number of data (M) defined by weight calculation at the data acquisition time A. The ratio (m / M) of the cloud layer candidate is expressed in octas (octile) as the cloud amount of the cloud layer candidate.
[0082]
More specifically, the total number of data (M) within the data acquisition time A described above is calculated by adding the weighting factor (S) to the number of data (S) for the latest predetermined time (t) so as to follow the change in the amount of cloud. k) is weighted and added to the number of data (l) within the data acquisition time A,
M = 1 + S × k
It is represented by
[0083]
The data acquisition time A can be arbitrarily set to a value of 5 minutes to 60 minutes at 1 minute intervals, t can be set to a value of 5 minutes to 30 minutes at 1 minute intervals, and the weighting factor K is 0 to 4. It can be set with an integer value between.
[0084]
In addition, this ratio (m / M) is, in principle, rounded up to an integer, but 7 octas is set to be greater than 6/8 and less than 7.75, and 8 octas is set to 7.75 or more.
[0085]
(4) Determination of cloud base height and discretization processing
The determination of the cloud base height and the discretization process are performed by the cloud base height determination / discrete means 15, and the bottom height at the lower end of each cloud layer candidate determined by the cloud layer candidate determination means 13 is calculated as the cloud base height of the cloud layer candidate. And
[0086]
Further, regarding the cloud base altitude, according to the international agreement of the aviation weather report, the cloud base altitude below 5000 ft is rounded down to 100 ft units, and the cloud bottom altitude above 5000 ft is rounded down to 1000 ft units.
[0087]
In this case, a plurality of cloud layer candidates may appear at the same height due to the discretization of the cloud base altitude. In such a case, a cloud layer candidate having a larger cloud amount is employed, or the discretization process is performed. The cloud layer candidate with the higher altitude is used.
[0088]
(5) Layer selection process to report (conditions for selecting cloud layer)
The process of selecting a layer to be notified includes the cloud layer candidate determined by the cloud layer candidate determination unit 13, the discretized cloud bottom height for each cloud layer candidate processed by the cloud bottom height determination / discrete unit 15, and the cloud amount A cloud layer for reporting a weather report is selected based on the amount of cloud for each cloud layer candidate calculated by the calculation means 14.
[0089]
Note that the processing apparatus 11 performs missing observation when the abnormal data count is equal to or more than a predetermined value (can be set in units of 0 to 40) among the data counts in the past predetermined time. If the cloud base altitude value was not obtained because there was no cloud, the measurement was not performed. In the present embodiment, the predetermined value of the number of abnormal data is set to 40 for 120 data for the past 30 minutes.
[0090]
The above is the configuration and operation of the present embodiment. Next, the effects of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0091]
FIG. 4 shows the first layer cloud amount coincidence rate calculated by the cloud amount determination device with respect to the first layer cloud amount visually observed (hereinafter referred to as visual cloud amount), and FIG. It shows the error between the determination result of the number of data 44305 determined by the algorithm of the cloud amount determination device and the visual cloud amount, and the ratio of matching (cloud amount ± 0) at the visual cloud amount 6 is about 10%, and the visual cloud amount is 7 Is about 18% (cloud amount ± 0), and about 18% when the visual cloud amount is 8 (cloud amount ± 0).
[0092]
On the other hand, FIG. 4B shows an error between the determination result of the number of data 44104 determined by the algorithm of the cloud amount determination device of the present embodiment and the visual cloud amount, and coincidence with the visual cloud amount 6 (the cloud amount is ± 10%). 0) is about 15%, the rate at which the visual cloud amount is 7 (cloud volume is ± 0) is about 25%, and the visual cloud amount is 8 (cloud volume is ± 0). 82%.
[0093]
From these results, in the cloud amount determination apparatus of the present embodiment, the accuracy of determination when the cloud amount in the 8-minute cloud amount is 6 to 8 is greatly improved, and the accuracy of the lower layer cloud amount in cloudy weather is required. Has the effect of increasing reliability.
[0094]
FIG. 5 shows the cloud amount coincidence rate for each altitude. FIG. 5A shows the case where the coincidence rate in the judgment result of the number of data 28296 determined by the algorithm of the conventional cloud amount judgment apparatus as described above, and the case where the cloud amount is equal. Indicates the percentage of the positive error and the percentage of the negative error. In the determination of the cloud amount at 100 to 200 feet, which is important for takeoff and landing at the airfield, the judgment result on the minus side with respect to the actual cloud amount visually is the actual cloud amount. On the other hand, the ratio indicating the cloud amount of -1 to -4 was about 29% at 100 ft and about 23% at 200 ft.
[0095]
On the other hand, FIG. 5B shows the case where the coincidence rate in the determination result of the number of data 25243 determined by the algorithm of the cloud amount determination device of the present embodiment matches the ratio of the cloud amount in the plus direction and the ratio in the minus direction. In the determination of the cloud amount at 100 to 200 feet, which is important for takeoff and landing at the airfield, the determination result on the minus side with respect to the actual cloud amount by visual observation indicates a cloud amount of -1 to -4 with respect to the actual cloud amount. The ratio decreased to about 18% at 100 ft and about 17% at 200 ft.
[0096]
In addition, as shown in FIG. 5A, in the related art, about 4% at 100 ft and about 2% at 200 ft with respect to the actual cloud amount exist, but in the present embodiment, FIG. As shown in (b), at about 100 ft, only about 0.5% exists, and at 200 ft, it does not exist at about 0%, and there is almost no determination of the cloud amount showing a large negative value with respect to the actual cloud amount. In addition, the reliability of cloud coverage judgment at low altitude was improved.
[0097]
Therefore, it is possible to greatly reduce the ratio of the determination of the cloud amount at a low altitude on the minus side (indicating a value smaller than the actual cloud amount value) with respect to the actual determination.
[0098]
Although the above-described embodiment has been described by taking the aviation weather as an example, the present invention is not limited to this.
[0099]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to determine the cloud layer according to the actual situation by improving the algorithm for the cloud bottom height data obtained from the ceilometer, and to reduce the cloud amount at low altitude which is particularly important in aviation weather. The ratio of values smaller than the amount of cloud observed by visual observation was reduced. In addition, accuracy in the case of a large amount of cloud can be significantly improved. For this reason, it is possible to accurately report the cloud amount information at the time of takeoff and landing of the aircraft by the aviation personnel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an airport weather observation system provided with the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the operation principle of the ceilometer of FIG.
FIG. 3 is a block diagram of the processing apparatus of FIG. 1;
4A and 4B show a coincidence rate in the visual cloud amount, wherein FIG. 4A shows a conventional cloud amount determining apparatus, and FIG. 4B shows a cloud amount determining apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing the coincidence rate of the cloud amount value for each visual altitude divided into a plus side and a minus side, wherein (a) is a conventional cloud amount discriminating apparatus, and (b) is according to the embodiment of the present invention. 1 shows a cloud amount discriminating apparatus.
[Explanation of symbols]
A Outdoor equipment
B Indoor equipment
1 Anemometer
2 Thermometer
3 Hygrometer
4 rain gauge
5 RVR
6 Visometer
7 Snow gauge
8 Ceilometer
9 Data input device
10 barometer
11 processing equipment

Claims

A laser pulse that emits a laser pulse toward the sky, receives a reflected light from the cloud and measures the cloud base altitude, a storage unit that stores the cloud base height measured by the ceilometer together with a measurement time, and the storage unit A processing device for determining the cloud amount based on the stored plurality of cloud bottom height data,
The processor is
Cloud bottom height candidate determining means for estimating whether or not clouds are continuously present from the cloud bottom height data acquired within a predetermined time and using the cloud bottom height data estimated to be continuously present as cloud bottom height candidates When,
The cloud bottom altitude candidate is regarded as a cloud layer candidate, and if a cloud layer candidate is present within a predetermined altitude range by looking at an upper cloud layer candidate from a lower cloud layer candidate, the cloud layer candidates are grouped into one cloud layer candidate to form one cloud layer candidate. Cloud layer candidate determining means for newly considering cloud layer candidates from the portion where the height difference between the upper and lower ends exceeds a predetermined value,
An integrated value of the cloud bottom height data from the height 0 to the upper limit height of each cloud layer candidate determined by the cloud layer candidate determination means, with respect to the total number of data obtained by weighting the number of cloud bottom height data acquired within the predetermined time. Means for determining the amount of cloud with the ratio of
A cloud amount determining apparatus, comprising: cloud bottom height determining means for determining the lower limit height of the cloud layer candidate determined by the cloud layer candidate determining means as the height of the cloud layer candidate.

The cloud bottom height candidate determining means is configured to determine the cloud bottom height data of the candidate target when another cloud bottom height data exists within a predetermined time and within a predetermined height range. The cloud amount determining apparatus according to claim 1, wherein the altitude data is a cloud bottom altitude candidate.

The processing apparatus sets the lowermost cloud layer candidate as a first layer, sets a cloud layer candidate higher than the first layer cloud layer candidate and has a cloud amount of 3/8 or more as a second layer, and sets the second layer cloud layer candidate as a second layer. 3. The cloud amount determination device according to claim 1, further comprising a selection unit that selects a cloud layer that reports a weather report that reports a cloud layer candidate that is higher than the cloud amount and that is 5/8 or more as a third layer. 4.

The processing device, in the cloud bottom height determination means, the discretization process for the height of the cloud layer candidate is moderated on the higher altitude side than the low altitude, and in the case where a plurality of cloud layer candidates are present at the same altitude in this discretization process, 4. The cloud amount determining apparatus according to claim 1, wherein the cloud layer adopts a cloud layer candidate having a large cloud amount.