JP2011027546A

JP2011027546A - 気象レーダシステムとその降水量算出方法

Info

Publication number: JP2011027546A
Application number: JP2009173520A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Mizutani; 文彦水谷; Masakazu Wada; 将一和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】観測パラメータから降水粒子のカテゴリーを判定し、それぞれに適した方法で高精度の降水量算出を可能とする。
【解決手段】垂直、水平偏波によるレーダ波の同時送受信によって二重偏波観測を行い、観測パラメータとしてレーダ反射因子（Z）、差分レーダ反射因子（Z_DR）、比偏波間位相差（K_DP）、偏波間相関係数（ρ_HV）を作成する。降雨算出時には、ρ_HV値から降水粒子のカテゴリーが雨かそれ以外かを判定し（Ｓ１）、「雨」と判定された場合、K_DPにより低い空間分解能で降水量を算出した後（Ｓ２）、Zを併用して高分解能の降水量を算出する（Ｓ３）。Ｓ１で「雨以外」と判定された場合、Z、Z_DR、K_DP、ρ_HVから「雪」、「あられ」、「融解層」を判定する（Ｓ４）。判定されたカテゴリー毎に用意した降雨算出パラメータB、βにより、降水量を算出する（Ｓ５）。最終的に、Ｓ３で算出した降水量とＳ４のカテゴリー別降水量を合算する（Ｓ６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチパラメータレーダ（別名、二重偏波ドップラーレーダ）を用いて、ダム・河川・道路・下水道管理等における雨量算出などの気象防災に資する気象レーダシステムに係り、特に降水粒子を考慮した降水量算出方法を関する。

従来の気象レーダシステムでは、季節による大まかな降水量算出パラメータを用意しておき、季節ごとにパラメータを変更して観測結果から降水量を求めている。このため、時として雨のための降水量算出パラメータを雪に適応してしまい、降水量算出の誤差が増大するという問題があった。

V.N.Bringi and V.Chandrasekar, POLARIMETRIC DOPPLER WEATHER RADAR, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS, p.517-518, 2001.

上述の如く、従来の気象レーダシステムでは、季節ごとにパラメータを変更して観測結果から降水量を求めているため、時として不適切な降水量算出パラメータを使用してしまい、降水量算出の誤差が増大するという問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、観測パラメータから総合的に降水粒子のカテゴリー（雨、雪、あられ、融解層）を判定し、それぞれに適した方法で精度の高い降水量算出を可能とする気象レーダシステムとその降水量算出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る気象レーダシステムは、水平偏波と垂直偏波のレーダ波を同時に送信し、その反射波を受信する送受信装置と、前記送受信装置の受信出力から二重偏波観測を行って複数の観測パラメータを算出する信号処理装置と、前記複数の観測パラメータに基づいて降水粒子のカテゴリーを判定し、カテゴリー別に用意した最適な降雨算出パラメータを用いてそれぞれの降水量を算出し合算する降水量算出手段とを具備することを一態様とする。

前記複数の観測パラメータは、レーダ反射因子（Z）、差分レーダ反射因子（Z_DR）、比偏波間位相差（K_DP）、偏波間相関係数（ρ_HV）であることを一態様とする。

前記降水量算出手段は、初期段階で、前記偏波間相関係数（ρ_HV）により降水粒子のカテゴリーが雨かそれ以外かを判定し、雨以外のときは他の観測パラメータを用いて雨以外のカテゴリー別に用意される降雨算出パラメータを用いて降水量を算出することを一態様とする。

また、本発明に係る気象レーダシステムの降水量算出方法は、水平偏波と垂直偏波のレーダ波を同時に送信し、その反射波を受信し、前記反射波の受信出力から二重偏波観測を行って複数の観測パラメータを算出し、前記複数の観測パラメータに基づいて降水粒子のカテゴリーを判定し、カテゴリー別に用意した最適な降雨算出パラメータを用いてそれぞれの降水量を算出し合算することを一態様とする。

本発明によれば、観測パラメータから総合的に降水粒子のカテゴリー（雨、雪、あられ、融解層）を判定し、それぞれに適した方法で精度の高い降水量算出を可能とする気象レーダシステムとその降水量算出方法を提供することができる。

本発明に係る気象レーダシステムの一実施形態を示すブロック構成図。上記レーダシステムに用いられる第１のハイブリッド雨量算出方法の処理の流れを示すフローチャート。上記レーダシステムに用いられる第２のハイブリッド雨量算出方法の処理の流れを示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態として、マルチパラメータレーダを用いた気象レーダシステムの構成を示すブロック図である。このシステムは、空中線装置（アンテナ）１１、送信装置（水平偏波）１２、受信装置（水平偏波）１３、周波数変換装置（水平偏波）１４、送信装置（垂直偏波）１５、受信装置（垂直偏波）１６、周波数変換装置（垂直偏波）１７、信号処理装置１８、監視制御装置１９、データ変換装置２０、データ表示装置２１、データ蓄積装置２２、データ通信装置２３、遠隔監視制御装置２４、遠隔表示装置２５から構成される。

上記構成において、遠隔監視制御装置２４からの監視制御信号が監視制御装置１９を通して信号処理装置１８に送られると、信号処理装置１８内では、内部に格納されている種信号のデジタルデータが発生され、Ｄ／Ａ変換された後、送信ＩＦ信号として水平偏波係の周波数変換装置１４及び垂直偏波系の周波数変換装置１７に送られ、それぞれＲＦ信号にアップコンバートされる。

周波数変換装置１４，１７で得られた水平偏波、垂直偏波の送信ＲＦ信号は、送信装置１２，１５により遠距離の観測可能な送信電力に増幅される。増幅された水平偏波、垂直偏波の２波は、空中線装置１１より空間に送出される。

空間上の降水からの水平偏波、垂直偏波による反射波はいずれも上記空中線装置１１にて水平偏波／垂直偏波別に捕捉され、それぞれ受信装置１３，１６にて受信され、周波数変換装置１４，１７でＩＦ信号に変換された後、共に信号処理装置１８に送られる。

信号処理装置１８は、水平偏波／垂直偏波に送られた水平偏波／垂直偏波の受信ＩＦ信号をそれぞれＡ／Ｄ変換し、Ｉ／Ｑ検波した後、受信電力（水平偏波、垂直偏波）、偏波間位相差、偏波間相互相関、ドップラ速度を算出する機能を持つ。

データ変換装置２０は、信号処理装置１８で得られる受信電力からレーダ反射因子などの算出機能をもつ。具体的には後述の複数の手法が考えられる。

データ表示装置２１はデータ変換装置２０で解析されたデータを表示する。データ蓄積装置２２はデータ変換装置２０で解析されたデータを蓄積する。データ通信装置２３はレーダサイト外に通信手段を講じてデータ変換装置２０で解析されたデータを転送する。遠隔表示装置２５はレーダサイトから転送されてきたデータを表示、または解析等を実施する。また、遠隔監視制御装置２４は監視制御装置１９と同様にレーダシステムの監視が可能である。

上記構成による気象レーダシステムにおいて、図２を参照して本発明の降水量算出方法を説明する。

（第１の実施例）
図２は上記気象レーダシステムのデータ変換装置２０に用いられる第１のハイブリッド降水量算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、信号処理装置１８及びデータ変換装置２０の前段により、観測パラメータとしてレーダ反射因子（Z）、差分レーダ反射因子（Z_DR）、比偏波間位相差（K_DP）、偏波間相関係数（ρ_HV）が作成される。

データ変換装置２０において、まず偏波間相関係数ρ_HVにより降水粒子のカテゴリーが雨かそれ以外かを判定する（ステップＳ１）。一般に、偏波間相関係数ρ_HVが１に近い場合は雨である可能性が高いので、一定のしきい値により、雨かそれ以外かを判定することができる。

ステップＳ１で「雨」と判定された場合、比偏波間位相差K_DPにより低い空間分解能で降水量を算出した後（ステップＳ２）、レーダ反射因子Zを併用することにより高分解能の降水量を算出する（ステップＳ３）。

ステップＳ１で「雨以外」と判定された場合、Z、Z_DR、K_DP、ρ_HVから「雪」、「あられ」、「融解層」を判定する（ステップＳ４）。判定されたカテゴリー（「雪」、「あられ」、「融解層」）毎に用意した降雨算出パラメータB、βにより、降水量を算出する（ステップＳ５）。

最終的に、低い空間分解能で算出した降水量とカテゴリー別に算出した降水量を合算し、高い空間分解能の降水量を算出する。合算の際には時空間分布におけるカテゴリー間の段差を解消するため、データのスムージングを実施する。（ステップＳ６）。

（第２の実施例）
図３は上記気象レーダシステムのデータ変換装置２０に用いられる第２のハイブリッド降水量算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。

信号処理装置１８及びデータ変換装置２０の前段により、観測パラメータとしてレーダ反射因子（Z）、差分レーダ反射因子（Z_DR）、比偏波間位相差（K_DP）、偏波間相関係数（ρ_HV）が作成される。

まず、データ変換装置２０において、Z、Z_DR、K_DP、ρ_HVにより、降水粒子のカテゴリーが「雨」、「雪」、「あられ」、「融解層」のいずれのカテゴリーであるかを判定する（ステップＳ１１）。

「雨」と判定された場合、K_DPにより低い空間分解能で降水量を算出した後（ステップＳ１２）、レーダ反射因子Zを併用することにより高分解能の降水量を算出する（ステップＳ１３）。

「雪」、「あられ」、「融解層」と判定された場合、それぞれのカテゴリーに対応付けて用意した降雨算出パラメータB、βにより、降水量を算出する（ステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６）。

最終的に、低い空間分解能で算出した「雨」の場合の降水量とカテゴリー別に算出した降水量とを合算し、高い空間分解能の降水量を算出する。合算の際には時空間分布におけるカテゴリー間の段差を解消するため、データのスムージングを実施する。（ステップＳ１７）。

以上のように、上記実施形態におけるマルチパラメータレーダを用いた気象レーダシステムでは、水平偏波と垂直偏波を同時に送受信し、二重偏波観測により観測パラメータとしてレーダ反射因子（Z）、差分レーダ反射因子（Z_DR）、比偏波間位相差（K_DP）、偏波間相関係数（ρ_HV）を算出し、これらの観測パラメータをもとに降水粒子のカテゴリーを判定し、予め用意したカテゴリー別の最適な降雨算出パラメータを用いて降水量を算出し、最終的に各カテゴリー別の降水量を合算するようにしているので、季節等によらず、より高い空間分解能でより高精度な降水量を算出することができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、本発明によれば、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…空中線装置（アンテナ）、１２…送信装置（水平偏波）、１３…受信装置（水平偏波）、１４…周波数変換装置（水平偏波）、１５…送信装置（垂直偏波）、１６…受信装置（垂直偏波）、１７…周波数変換装置（垂直偏波）、１８…信号処理装置、１９…監視制御装置、２０…データ変換装置、２１…データ表示装置、２２…データ蓄積装置、２３…データ通信装置、２４…遠隔監視制御装置、２５…遠隔表示装置。

Claims

水平偏波と垂直偏波のレーダ波を同時に送信し、その反射波を受信する送受信装置と、
前記送受信装置の受信出力から二重偏波観測を行って複数の観測パラメータを算出する信号処理装置と、
前記複数の観測パラメータに基づいて降水粒子のカテゴリーを判定し、カテゴリー別に用意した最適な降雨算出パラメータを用いてそれぞれの降水量を算出し合算する降水量算出手段と
を具備することを特徴とする気象レーダシステム。
前記複数の観測パラメータは、レーダ反射因子（Z）、差分レーダ反射因子（Z_DR）、比偏波間位相差（K_DP）、偏波間相関係数（ρ_HV）であることを特徴とする請求項１記載の気象レーダシステム。
前記降水量算出手段は、初期段階で、前記偏波間相関係数（ρ_HV）により降水粒子のカテゴリーが雨かそれ以外かを判定し、雨以外のときは他の観測パラメータを用いて雨以外のカテゴリー別に用意される降雨算出パラメータを用いて降水量を算出することを特徴とする請求項２記載の気象レーダシステム。
水平偏波と垂直偏波のレーダ波を同時に送信し、その反射波を受信し、
前記反射波の受信出力から二重偏波観測を行って複数の観測パラメータを算出し、
前記複数の観測パラメータに基づいて降水粒子のカテゴリーを判定し、カテゴリー別に用意した最適な降雨算出パラメータを用いてそれぞれの降水量を算出し合算することを特徴とする気象レーダシステムの降水量算出方法。
前記複数の観測パラメータは、レーダ反射因子（Z）、差分レーダ反射因子（Z_DR）、比偏波間位相差（K_DP）、偏波間相関係数（ρ_HV）であることを特徴とする請求項４記載の気象レーダシステムの降水量算出方法。
前記降水量の算出は、初期段階で、前記偏波間相関係数（ρ_HV）により降水粒子のカテゴリーが雨かそれ以外かを判定し、雨以外のときは他の観測パラメータを用いて雨以外のカテゴリー別に用意される降雨算出パラメータを用いて降水量を算出することを特徴とする請求項５記載の気象レーダシステムの降水量算出方法。