JP2011203109A - 気象レーダ装置及び気象観測方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】突発的かつ局地的な気象現象を高精度に観測できるようにする。
【解決手段】気象レーダ装置は、複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニット１１と、前記アンテナユニット１１の開口面の仰角と方位角とを駆動する駆動ユニット１２と、複数の観測モードにしたがって前記アンテナユニット１１及び前記駆動ユニット１２により観測範囲と観測仰角とを調整する空中線調整装置５と、前記反射波の受信信号に基づいて前記観測モードを設定する監視制御装置４とを具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、雨や雲などの気象現象を観測する気象レーダ装置及び気象観測方法に関する。
従来のパラボナアンテナ型の気象レーダは、ペンシルビームと呼ばれる細いビームを形成して、水平方向に３６０°回転して１平面の観測データを取得した後に、アンテナ仰角を上げて次の１平面を取得することを続けて、三次元の降水データを収集している（例えば、非特許文献１を参照。）。この観測シーケンスを実施するには５分〜１０分程度要し、時々刻々と変化する積乱雲等の観測には十分な時間・空間分解能がとれていなかった。
吉田 孝 監修、「改訂 レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、平成８年１０月１日、初版、"第９章 気象レーダ"、Ｐ２３８−２５３
上述したように、従来のパラボラアンテナを用いた気象レーダ装置では、急激な積乱雲の発達のような突発的かつ局地的な気象現象の探知が困難であった。
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、突発的かつ局地的な気象現象を高精度に観測可能な気象レーダ装置及び気象観測方法を提供することにある。
上記目的を達成するためにこの発明に係る気象レーダ装置は、複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、前記アンテナユニットの開口面の仰角と方位角とを駆動する駆動ユニットと、複数の観測モードにしたがって前記アンテナユニット及び前記駆動ユニットにより観測範囲と観測仰角とを調整する調整手段と、前記反射波の受信信号に基づいて前記観測モードを設定する制御手段とを具備するものである。
また、この発明に係る気象観測方法は、複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、前記アンテナユニットの開口面の仰角と方位角とを駆動する駆動ユニットとを具備する気象レーダ装置に用いられる気象観測方法であって、複数の観測モードにしたがって前記アンテナユニット及び前記駆動ユニットにより観測範囲と観測仰角とを調整する調整過程と、前記反射波の受信信号に基づいて前記観測モードを設定する制御過程とを有するものである。
したがってこの発明によれば、突発的かつ局地的な気象現象を高精度に観測可能な気象レーダ装置及び気象観測方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る気象レーダ装置の構成例を示す図。 図１の気象レーダ装置の観測手順の一例を示す図。 広域観測モードと雨域観測モードの観測範囲を示す図。 豪雨観測モードの観測仰角を示す図。 低層観測モードの観測仰角を示す図。
以下、図面を参照しながら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に係る気象レーダ装置の構成例を示したものである。図１において、この気象レーダ装置は、空中線装置１と、信号処理装置２と、データ処理装置３と、監視制御装置４と、空中線調整装置５とを備える。
空中線装置１は、アンテナユニット１１と、駆動ユニット１２とを備える。アンテナユニット１１は、例えば、複数のアンテナ素子を鉛直方向に配列した１次元フェーズドアレイアンテナで構成される。アンテナユニット１１は、信号処理装置２からの制御信号に従って、上記複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って、降水などの気象目標からの反射波を受信する。
気象レーダ装置は、任意空間の気象目標を観測する必要があるため、駆動ユニット１２は、空中線調整装置５からの制御信号に従って、駆動モータの回転等によりアンテナユニット１１の開口面の方位角、仰角を機械的に制御する。
空中線調整装置５は、少なくとも観測範囲と観測仰角との組み合わせからなる複数の観測モードによりアンテナユニット１１及び駆動ユニット１２により観測範囲と観測仰角とを調整する。観測モードの詳細は後述する。また、この観測モードの設定は監視制御装置４からの制御信号により行われる。
一方、空間上の気象目標からの反射波を受信すると、空中線装置１は、受信されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換して、Ｉ／Ｑ検波し、検波したＩ／Ｑ信号を信号処理装置２に与える。
信号処理装置２は、空中線装置１から与えられたＩ／Ｑ信号から、受信電力やドップラ速度を算出する。また、信号処理装置２は、監視制御装置４からの制御信号に従って、レーダ電波の送出角度を決める位相制御信号を空中線装置１に送信する。
データ処理装置３は、信号処理装置２で算出された受信電力やドップラ速度データから、降雨強度や補正後のドップラ速度等の観測データを算出する。
監視制御装置４は、後述する観測手順に基づき、各装置に制御信号を送出するほか、各ユニットの監視情報を一括して管理する。
次に、このように構成された気象レーダ装置が実行する観測手順について説明する。図２は、観測手順の一例を示したものである。
監視制御装置４は、データ処理装置３からの降雨強度や補正後のドップラ速度等の観測データをもとに観測モードを決定し、観測モードの切り替えを指示する制御信号を空中線調製装置５に送る。例えば図２に示すように、監視制御装置４は、雨域（気象目標）が探知されない通常時は広域観測モード、６０ｋｍ以内に低層の雨域が探知された場合は低層観測モード、３０ｋｍ以内に高層の雨域が探知された場合には雨域観測モード、３０ｋｍ以内に強い雨域が探知された場合には豪雨観測モードに設定する。
空中線調製装置５は、監視制御装置４から制御信号により指示される観測モードにしたがって、アンテナユニット１１と駆動ユニット１２とを制御して、観測範囲と観測仰角とを調整する。図３に、広域観測モードと雨域観測モードの観測範囲を示す。空中線調製装置５は、例えば、広域観測モードでは、アンテナ中心から６０ｋｍを最大探知距離とし、雨域観測モードでは、アンテナ中心から３０ｋｍを最大探知距離に調整する。さらに、空中線調製装置５は、雨域観測モードでは、観測する方位角を広域観測モード時より狭くするようにしてもよい。例えば、方位９０°の方向に強雨がある場合に観測する方位角を４５°〜１３５°とする等方位角を狭めるようにする。
図４に、低層観測モードの観測仰角を示す。図５に、豪雨観測モードの観測仰角を示す。空中線調製装置５は、豪雨観測モードでは、観測仰角の範囲を広くして鉛直方向の観測精度を向上させる。また、低層観測モードでは、観測仰角の範囲を制限し、豪雨観測モードよりパルス繰り返し周期を短くして送信パルス数を増加させ、１ポジション当たりのパルス数を増加させることで、気象エコーに対する平均化効果によって観測精度を向上させる。
以上述べたように、上記実施形態に係る気象レーダ装置は、複数の観測モードにしたがってアンテナユニット１１及び駆動ユニット１２により観測範囲と観測仰角とを調整する空中線調整装置５と、反射波の受信信号から得られる観測データに基づいて、空中線調整装置５の観測モードを設定する監視制御装置４とを備えるものである。すなわち、晴天時など、気象エコーの存在を検知する目的で使用する際には、広い観測範囲で最遠方の方角にアンテナが正対するように仰角を調整し、積乱雲の発達時など、クリティカルな大気現象が発生した場合には、観測範囲を制限して積乱雲のコアの仰角にアンテナの仰角を調整し、積乱雲の盛衰を木目細やかに観測するものである。
したがって、上記実施形態によれば、急激な積乱雲の発達のような突発的かつ局地的な気象現象を漏れなく探知し、高精度に観測することが可能となる。
なお、この発明は、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、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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
１…空中線装置、１１…アンテナユニット、１２…駆動ユニット、２…信号処理装置、３…データ処理装置、４…監視制御装置、５…空中線調整装置。

Claims (6)

  1. 複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、
    前記アンテナユニットの開口面の仰角と方位角とを駆動する駆動ユニットと、
    複数の観測モードにしたがって前記アンテナユニット及び前記駆動ユニットにより観測範囲と観測仰角とを調整する調整手段と、
    前記反射波の受信信号に基づいて前記観測モードを設定する制御手段と
    を具備することを特徴とする気象レーダ装置。
  2. 前記調整手段は、第１観測仰角に調整する第１観測モードと、前記第１観測仰角より狭い第２観測仰角に調整する第２観測モードとを有し、前記第２観測モード時は前記第１観測モード時より前記電波のパルス繰り返し周期を短くすることをさらに特徴とする請求項１記載の気象レーダ装置。
  3. 前記調整手段は、第１観測範囲に調整する第３観測モードと、前記第１観測範囲より狭い第２観測範囲に調整する第４観測モードとを有し、前記第４観測モード時は前記第３観測モード時より観測する方位角を狭めることをさらに特徴とする請求項１記載の気象レーダ装置。
  4. 複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、前記アンテナユニットの開口面の仰角と方位角とを駆動する駆動ユニットとを具備する気象レーダ装置に用いられる気象観測方法であって、
    複数の観測モードにしたがって前記アンテナユニット及び前記駆動ユニットにより観測範囲と観測仰角とを調整する調整過程と、
    前記反射波の受信信号に基づいて前記観測モードを設定する制御過程と
    を有することを特徴とする気象観測方法。
  5. 前記調整過程は、第１観測仰角に調整する第１観測モードと、前記第１観測仰角より狭い第２観測仰角に調整する第２観測モードとを有し、前記第２観測モード時は前記第１観測モード時より前記電波のパルス繰り返し周期を短くすることをさらに特徴とする請求項４記載の気象観測方法。
  6. 前記調整過程は、第１観測範囲に調整する第３観測モードと、前記第１観測範囲より狭い第２観測範囲に調整する第４観測モードとを有し、前記第４観測モード時は前記第３観測モード時より観測する方位角を狭めることをさらに特徴とする請求項４記載の気象観測方法。
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