JP3472832B2 - 山岳域の降雨強度推定方法及びシステム - Google Patents

山岳域の降雨強度推定方法及びシステム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、衛星に搭載された
レーダを利用して、山岳域における降雨強度を推定する
方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】陸域、特に山岳域における降雨分布の把
握は、洪水解析や水資源賦存量の推定において極めて重
要である。しかし現状では、地上の降雨観測網が高度に
整備された領域においても、山岳域における降雨観測
は、谷筋の限られた場所に設置された地上雨量計による
点観測か、レーダビームが山頂はるか数ｋｍ上空を通る
地上設置降雨レーダによる面観測が精一杯である。その
ため、山岳域の降雨の空間分布を把握することは非常に
困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、山
岳域の降雨の空間分布を把握して、降雨量分布を推定す
る方法、及び、その方法を実施するシステムを提供する
ことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の山岳域の降雨量分布推定方法及びシステム
は、次の構成を備える。すなわち、本発明システムは、
衛星に搭載されたレーダによって降雨の鉛直分布を測定
する降雨鉛直分布測定手段と、高度Ｈの１次関数;Ｒ
（Ｈ）＝ａ・Ｈ＋ｂとして推定される降雨強度Ｒを出力
する降雨強度出力手段と、その降雨強度の推定式におけ
るパラメーターａ，ｂを、降雨鉛直分布測定手段によっ
て得られた測定値を用いて、回帰分析により同定するパ
ラメーター求値演算手段とを備える。これによって、降
雨強度Ｒを高度Ｈの１次関数;Ｒ（Ｈ）＝ａ・Ｈ＋ｂと
して推定するに当たり、そのパラメーターａ，ｂを、衛
星に搭載されたレーダによって得られた降雨の鉛直分布
を用いて、回帰分析により同定する。
【０００５】ここで、ブライトバンド高度以下のデータ
を用いて、回帰分析を行ない、推定式の精度に寄与させ
てもよい。
【０００６】利用するレーダとしては、ＴＲＭＭ／ＰＲ
衛星に搭載された降雨レーダが有用である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を説明
する。降雨レーダを搭載したＴＲＭＭ／ＰＲを用いて、
地上設置降雨レーダによるＴＲＭＭ／ＰＲデータの検証
を行うと共に、降雨の空間分布の把握が非常に困難であ
る山岳域の降雨構造を明らかにし、地上レーダによる山
岳地域の地上雨量推定手法を開発した。山岳性豪雨で有
名な紀伊半島の大台ヶ原の２地点に光学式雨量計を設置
し、ＴＲＭＭ／ＰＲの間欠的な観測を補うためにも連続
観測を実施した。更に、地上設置降雨レーダとＴＲＭＭ
／ＰＲで観測されたデータを解析することにより相互検
証を行った。地上設置降雨レーダとしては、地上観測を
実施した大台ケ原周辺を観測領域とする降雨の３次元観
測が可能な国土交通省深山レーダ雨量計を用いた。
【０００８】２地点（Ｃ(大台ケ原山頂付近の大台ケ原
教会横:Ｎ３４°１０’４６．５”，Ｅ１３６°０５’
５５．５”，標高１６３９ｍ）、Ｄ(大台ケ原中腹のド
ライブイン横:Ｎ３４°１３’４３．９”，Ｅ１３６°
０１’００．３”，標高１０８０ｍ）に、光学式雨量計
(１分間強度計)を設置し、連続的に地上降雨観測を実施
した。なお、山頂付近のポイントＣは、雲底より上層で
あり、中腹付近のポイントＤは、雲底より下層に位置す
る頻度が高い。同観測地点には、転倒桝式雨量計、霧観
測装置、気温・湿度計による同時観測を実施していて、
様々なキャリブレーションが行えると共に、雲底より上
に位置するか、下に位置するかの特定も可能である。
【０００９】大台ヶ原は、台風の常襲地域である。光学
式雨量計は、パソコンによりデータを収集するシステム
なので、停電によりパソコンの電源部が故障しデータの
欠測が生じるのを防止するために、電源を利用しないロ
ガーによるデータ収集システムを開発した。
【００１０】ＴＲＭＭ／ＰＲデータの検証を行う前に、
光学式雨量計の精度評価を、転倒桝式雨量計(１０分雨
量)を用いて行った。なお、光学式雨量計は、１分降雨
強度が観測されるが、転倒桝式雨量計と比較するために
１０分雨量に換算して比較を行った。その結果、誤差
は、１．０ｍｍ以下であり、瞬時に観測されるＴＲＭＭ
／ＰＲの降雨量の地上検証として用いる雨量としては、
１分間降雨強度が観測可能である光学式雨量計が有効と
いえる。
【００１１】なお、高度が異なる２地点の降雨量の差に
着目すると、山頂付近の降雨量であるポイントＣに設置
した転倒桝式雨量計の雨量が、中腹のポイントＤに設置
した転倒桝式雨量計の雨量に比べて大きいことがわかっ
た。これは、両観測地点を包含するような規模のいくつ
かの降雨システムが観測域を通過するとき、中腹より山
頂に系統的に強い降雨がもたらされていると考えられ
る。
【００１２】次に、地上設置降雨レーダを用いて、ＴＲ
ＭＭ／ＰＲデータの検証を行った。ＴＲＭＭ／ＰＲで観
測された高度２ｋｍにおける降雨減衰補正後のレーダ反
射因子の水平分布を、ＴＲＭＭ衛星が飛来した時刻を含
む深山レーダ雨量計の仰角固定モードで観測されたレー
ダ反射因子の水平分布と比較した。それによると、大台
ケ原周辺での降雨は、レーダ反射因子の値が非常に強
く、その領域が狭いので、対流性降雨と考えられる。台
風などの場合にレーダ反射因子が非常に大きくなるの
で、山地部にあたることから、従来は、グランドクラッ
タの影響ではないかと推測されていた。しかし今回、Ｔ
ＲＭＭ／ＰＲで観測されたレーダ反射因子の水平分布に
おいても、大台ケ原周辺で非常に大きな値になっている
ので、グランドクラッタの影響でないことが明らかとな
った。このようにＴＲＭＭ／ＰＲによって上空から降雨
を観測することの有効性が示されたと同時に、地上設置
降雨レーダの有効性についても示すことができた。
【００１３】別の日時に、同様に、ＴＲＭＭ／ＰＲで観
測された高度２ｋｍにおける降雨減衰補正後のレーダ反
射因子の水平分布を、ＴＲＭＭ衛星が飛来した時刻を含
む深山レーダ雨量計の仰角固定モードで観測されたレー
ダ反射因子の水平分布と比較した。それによると、地上
観測を実施している大台ケ原周辺での降雨は、レーダ反
射因子の値が小さく、その領域が広がっているので、層
状性降雨と考えられる。
【００１４】以上から、ＴＲＭＭ／ＰＲで観測されたレ
ーダ反射因子と、深山レーダ雨量計の仰角固定モードで
観測されたレーダ反射因子の水平分布を比較すると、全
ての期間で定性的にはほぼ一致し、限られた観測範囲内
ではあるが、ＴＲＭＭ／ＰＲは降雨の水平分布の把握に
も有効であるといえる。
【００１５】次に、降雨の３次元観測が可能な深山レー
ダ雨量計を用いて、ＴＲＭＭ／ＰＲの３次元データの検
証を行った。ポイントＣとＤの２地点の上空のＴＲＭＭ
／ＰＲと、深山レーダ雨量計で観測されたレーダ反射因
子の鉛直分布の比較を行った。ＴＲＭＭ／ＰＲの鉛直方
向空間分解能は２５０ｍである。深山レーダ雨量計は、
レーダビーム中心高度でのレーダ反射因子の値を用い
た。
【００１６】地上観測地点上空におけるＴＲＭＭ／ＰＲ
と、深山レーダ雨量計のレーダ反射因子の鉛直分布を比
較した。それによると、ポイントＤでは、深山レーダ雨
量計で観測されたレーダ反射因子が、ＴＲＭＭ／ＰＲよ
り５ｄＢＺ程度大きくなっているが、鉛直分布の変化は
よく一致していた。一方、ポイントＣでは、深山レーダ
雨量計の方が、ＴＲＭＭ／ＰＲのレーダ反射因子より１
０ｄＢＺ程度大きくなっているが、ほぼ一致している。
ＴＲＭＭ／ＰＲの鉛直分布は、連続的に変化していて、
実際の構造もこのようになっていたと推測される。これ
から、ＴＲＭＭ／ＰＲは、詳細な降雨の鉛直構造を把握
するのに有効であることがわかる。
【００１７】別の日時に、同様に、地上観測地点上空に
おけるＴＲＭＭ／ＰＲと、深山レーダ雨量計のレーダ反
射因子の鉛直分布を比較した。それぞれの地点上空にお
いて、ＴＲＭＭ／ＰＲと深山レーダ雨量計のレーダ反射
因子は一致していた。更に、高度４ｋｍ前後で、レーダ
反射因子が大きくなっていて、ＴＲＭＭ／ＰＲでも層状
性降雨の特徴であるブライトバンドが正確に観測され
た。
【００１８】次に、ＴＲＭＭ／ＰＲと深山レーダ雨量計
の観測範囲内全領域におけるレーダ反射因子を、高度別
に比較した。なお、ＴＲＭＭ／ＰＲの水平分解能は約４
ｋｍで、深山レーダ雨量計データの水平分解能は約１．
５ｍである。それによると、高度が高くなるほど、ＴＲ
ＭＭ／ＰＲと深山レーダ雨量計のレーダ反射因子の対応
が良くなっていた。これは、山岳域においては、グラン
ドクラッターの影響を受けるために、高度が高いほどグ
ランドクラッタの影響を受けなくなるためと考えられ
る。
【００１９】続いて、ＴＲＭＭ／ＰＲデータを用いて、
地上設置降雨レーダでは観測が困難な山岳域における降
雨の鉛直構造解析を行った。ポイントＣとＤの２地点を
含む降雨強度の鉛直分布によると、北緯３４．１０度、
東経１３６．１５度付近に、非常に強い対流性の降雨が
観測された。この地点は、大台ケ原の南東斜面に位置
し、尾鷲市の沖から湿った空気が南東斜面に沿って一気
に上昇し、大気が不安定な状態になり降雨が発生する典
型的な地形性の降雨である。一方、ポイントＣとＤの地
点では、１０〜２０ｍｍ／ｈ程度の降雨強度の層状性の
降雨が観測された。また、ポイントＣとポイントＣに隣
接する８地点の降雨強度の鉛直分布によると、高度４ｋ
ｍ付近にブライトバンドが存在し、ブライトバンド高度
以下の領域において降雨強度に差はあるが、全ての地点
で降雨強度の鉛直分布には高度依存性があり、降雨強度
と高度の間には線形関係が成立していることがわかっ
た。
【００２０】別の日時に行った同様の観測でも、降雨強
度と高度の間に線形関係が認められた。特に、ブライト
バンド高度以下のデータでは、その傾向が著しかった。
今回行った山岳域での降雨の鉛直構造解析は、ＴＲＭＭ
／ＰＲデータを利用することにより初めて可能となった
ものである。解析対象領域である大台ケ原山頂付近は、
地上設置降雨レーダの最低ビーム仰角を用いてもビーム
高度が３ｋｍ以上となり、山岳域における山腹斜面付近
の降雨の構造解析は非常に困難であった。 山地による
遮蔽や地上設置レーダサイトから遠ざかるとビーム高度
が高くなるような観測制限がある領域における降雨構造
解析に、ＴＲＭＭ／ＰＲは非常に有効である。
【００２１】ＴＲＭＭ／ＰＲデータを用いた山岳域での
降雨の鉛直構造解析より、特にブライトバンド高度以下
の領域において、降雨強度の鉛直分布には高度依存性が
あり、降雨強度と高度の間には線形関係が成立している
ことが明らかになった。そこで、降雨強度Ｒを高度Ｈの
１次関数； Ｒ（Ｈ）＝ａ・Ｈ＋ｂ ……（１） で表されると仮定し、ＴＲＭＭ／ＰＲで観測された降雨
強度の鉛直分布を用いて式（１）のパラメータａ，ｂを
回帰分析により同定する。
【００２２】回帰分析は２通りの方法で行った。１つ
は、ブライトバンド領域のデータも用いてパラメータを
同定する場合と、もう１つは、ブライトバンド高度以下
のデータを用いてパラメータ同定する場合である。次
に、回帰分析による同定される式（１）を用いて地上に
おける降雨強度を推定し、地上観測で得られた降雨強度
と比較することにより、降雨強度の推定精度の評価を行
った。
【００２３】２件の観測事例を示す。事例１によると、
地上観測降雨強度が２２．７０ｍｍ／ｈに対して、ブラ
イトバンド領域のデータも用いた場合が１９．０２ｍｍ
／ｈ、ブライトバンド高度以下のデータを用いた場合が
２３．１１ｍｍ／ｈであった。事例２によると、地上観
測降雨強度が１．０３ｍｍ／ｈに対して、ブライトバン
ド領域のデータも用いた場合が１．３１ｍｍ／ｈ、ブラ
イトバンド高度以下のデータを用いた場合が１．１２ｍ
ｍ／ｈであった。
【００２４】以上より、降雨強度と高度との関係には線
形関係があり、式（１）に示すように各高度における降
雨強度は、高度の一次関数で現すことができることが明
らかになった。特に、その線形関係は、ブライトバンド
高度以下の領域において顕著である。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、上述の構成を備えることによ
って、次の効果を奏する。請求項１に記載の山岳域の降
雨強度推定方法、または、請求項４に記載のシステムに
よると、降雨強度Ｒを、高度Ｈの単純な関数として推定
することができるので、洪水解析や水資源賦存量等の推
定に有益である。
【００２６】請求項２に記載の山岳域の降雨強度推定方
法によると、ブライトバンド高度以下のデータを用いて
回帰分析を行なうので、推定式の精度が向上する。
【００２７】請求項３に記載の山岳域の降雨強度推定方
法によると、ＴＲＭＭ／ＰＲ衛星に搭載された降雨レー
ダを利用するので、簡易にデータ収集することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特許2783953（ＪＰ，Ｂ２) 鈴木善晴、中北英一、池淵周一，“標 高依存直線に基づいた降雨分布の地形依 存特性の解明”，水工学論文集，日本, 社団法人土木学会，2001年 ２月10日, 第45巻，ｐ．301−306 鈴木善晴、中北英一、池淵周一，“降 雨分布の地形依存特性と時間スケール効 果に関する研究”，水質源研究センター 研究報告，日本，京都大学防災研究所, 2001年 ４月，第21号，ｐ．55−63 中北英一、鈴木善晴、池淵周一，“降 雨分布の地形依存特性に関する基礎的研 究”，京都大学防災研究所年報，日本, 京都大学防災研究所，2000年 ９月30 日，第43号、Ｂ−２，ｐ．117−136 中川勝広、中北英一、鈴木善晴、大石 哲、池淵周一，“地上降雨レーダを用い たＴＲＭＭ／ＰＲデータ検証に関する研 究”，水文・水質源学会 2000年度研究 発表会要旨集，日本，水文・水質源学 会，2000年 ７月31日，ｐ．138−139 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01W 1/00 - 1/18 G01S 13/00 - 13/95 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】山岳域の降雨強度を推定する方法であっ
    て、 降雨強度Ｒを高度Ｈの１次関数; Ｒ（Ｈ）＝ａ・Ｈ＋ｂ として推定するに当たり、 そのパラメーターａ，ｂを、 衛星に搭載されたレーダによって得られた降雨の鉛直分
    布を用いて、回帰分析により同定することを特徴とする
    山岳域の降雨強度推定方法。
  2. 【請求項２】回帰分析が、 ブライトバンド高度以下のデータを用いて行われる請求
    項１に記載の山岳域の降雨強度推定方法。
  3. 【請求項３】レーダが、 ＴＲＭＭ／ＰＲ衛星に搭載された降雨レーダである請求
    項１または２に記載の山岳域の降雨強度推定方法。
  4. 【請求項４】山岳域の降雨強度を推定するシステムであ
    って、 衛星に搭載されたレーダによって降雨の鉛直分布を測定
    する降雨鉛直分布測定手段と、 高度Ｈの１次関数; Ｒ（Ｈ）＝ａ・Ｈ＋ｂ として推定される降雨強度Ｒを出力する降雨強度出力手
    段と、 その降雨強度の推定式におけるパラメーターａ，ｂを、 降雨鉛直分布測定手段によって得られた測定値を用い
    て、回帰分析により同定するパラメーター求値演算手段
    とを備えたことを特徴とする山岳域の降雨強度推定シス
    テム。
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JP2783953B2 (ja) 1993-01-21 1998-08-06 日本無線株式会社 気象レーダ装置

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