JP4480630B2 - Lightning position prediction method and lightning position prediction system - Google Patents
Lightning position prediction method and lightning position prediction system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4480630B2 JP4480630B2 JP2005166163A JP2005166163A JP4480630B2 JP 4480630 B2 JP4480630 B2 JP 4480630B2 JP 2005166163 A JP2005166163 A JP 2005166163A JP 2005166163 A JP2005166163 A JP 2005166163A JP 4480630 B2 JP4480630 B2 JP 4480630B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cloud
- mesh
- mesh data
- value
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Description
本発明は、雲の移動を予測することで雷位置を推定する雷位置予測方法及び雷位置予測システムに関する。 The present invention relates to a lightning position prediction method and a lightning position prediction system that estimate a lightning position by predicting cloud movement.
落雷は一種の災害であり、被災時には、人命だけでなく、電子機器や送電線、通信線等々に時に甚大な被害が生じる。そのために雷防護技術が色々な機関で研究されているが、同時に、落雷の直前対策や普及作業の迅速化等の観点から、落雷予測技術への要望が高い。特に、高価な電子機器の保守・運用の面からは、落雷の30分前程度、さらに直近では10分前に確度の高い情報が欲しいという要望がある。 Lightning strikes are a type of disaster. When a disaster strikes, not only human lives, but also electronic devices, power transmission lines, communication lines, and the like are sometimes seriously damaged. For this reason, lightning protection technology has been studied by various organizations, but at the same time, there is a high demand for lightning prediction technology from the viewpoint of measures immediately before lightning strikes and speeding up of dissemination work. In particular, from the viewpoint of maintenance and operation of expensive electronic devices, there is a demand for highly accurate information about 30 minutes before a lightning strike, and more recently 10 minutes before a lightning strike.
このような要望に対して、従来、雷予測は主に3つの手法がなされていた。 In response to such demands, conventionally, lightning prediction has been mainly performed by three methods.
(1)第1の手法としては、シュワルタースタビリティインデックス(SSI)と呼ばれる大気の上下層の温度差に基づく安定度や、対流有効位置エネルギーの評価に基づく落雷確率の数値予測が非特許文献1として報告されている。 (1) As the first method, the stability based on the temperature difference between the upper and lower layers called the Schwarter stability index (SSI) and the numerical prediction of the lightning strike probability based on the evaluation of the effective convective energy are non-patent literature. Reported as 1.
これは一般的によく使われる手法であり、数値気象情報を入力データとして使うと典型的には40時間先程度まで予測可能である。 This is a commonly used technique, and when numerical weather information is used as input data, typically it can be predicted up to about 40 hours ahead.
(2)第2の手法としては、数値気象情報を使わずに、落雷のリアルタイム観測値を入力データとし、時系列データから移動量を推計して、10分〜60分間程度の短時間予測を行う手法が非特許文献2として報告されている。 (2) As a second method, without using numerical weather information, real-time observations of lightning strikes are used as input data, the amount of movement is estimated from time series data, and a short-term prediction of about 10 to 60 minutes is performed. A technique to be performed is reported as Non-Patent Document 2.
これは発雷している最中の雷雲の移動を見るものであるため、一旦発雷し出せば、その後の移動は予測できる。 Since this is to see the movement of thunderclouds during the occurrence of lightning, once the lightning has started, the subsequent movement can be predicted.
(3)第3の手法としては、経験則や統計処理を用いた手法が報告されている。 (3) As a third method, a method using a rule of thumb or statistical processing has been reported.
特定の場所で雷雲が予測されると、次はどこで発雷しやすい、という経験的アルゴリズムを適用するものである。特定の風況が卓越しやすく、落雷の多い山岳近辺では、この手法が用いられることがある。
しかしながら、従来の雷予測の手法には以下のような問題があった。 However, the conventional lightning prediction method has the following problems.
(1)第1の手法において、大気温度に関する観測点は、現状(2005年)では20〜40kmの間隔で多く設置されている。一方、雷の発生半径は500mから最大5km程度であるので、20〜40kmの間隔で設置されている観測点で得られる大気温度から雷予測を行うと、的中率、見逃し率、空振り率、あるいはスレットスコア、等の気象分野で使われる指標で評価すると、確度の高い予測ができないといった問題があった。なお、これに確度向上のため統計解析処理を付加する方法もある。 (1) In the first method, many observation points relating to the atmospheric temperature are installed at intervals of 20 to 40 km in the current state (2005). On the other hand, since the lightning generation radius is from 500 m to a maximum of about 5 km, when lightning prediction is performed from the atmospheric temperature obtained at observation points installed at intervals of 20 to 40 km, the hit rate, miss rate, miss rate, Alternatively, when evaluation is performed using an index used in the meteorological field such as a threat score, there is a problem that prediction with high accuracy cannot be performed. There is also a method of adding statistical analysis processing to improve the accuracy.
また、積乱雲は1時間程度で急速に発達し、発雷する場合があるが、RSM(リージョナルスケールモデル)やMSM(メソスケールモデル)の数値気象情報は予測の時間間隔が1時間毎となるので、時間間隔が予測のニーズに即していない場合がある。 In addition, cumulonimbus clouds develop rapidly in about 1 hour and may generate lightning, but the numerical weather information of RSM (Regional Scale Model) and MSM (Mesoscale Model) has a prediction time interval of 1 hour. , The time interval may not be in line with your prediction needs.
(2)第2の手法においては、必ずしも発雷位置を正確に把握できるとは限らない誤差要因がある他、発雷直前の段階で雷の位置を前もって予測することは難度が高いといった問題があった。 (2) In the second method, there is an error factor that cannot always accurately grasp the position of the lightning, and it is difficult to predict the position of the lightning in advance immediately before the lightning. there were.
(3)第3の手法において、経験的アルゴリズムは特定の地域にしか適用しにくいという欠点がある。 (3) In the third method, the empirical algorithm has a drawback that it is difficult to apply only to a specific area.
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、発雷前の段階で雲の成長速度を演算することで、落雷位置または発雷時刻を予測することができる雷位置予測方法及び雷位置予測システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and as its purpose, a lightning position prediction method capable of predicting a lightning strike position or a lightning strike time by calculating a cloud growth rate before the lightning strike. And providing a lightning position prediction system.
請求項1記載の発明は、上記課題を解決するため、気象情報配信センタに設けられたサーバから定期的に配信される気象に関する情報を解析して雷の位置を予測する雷位置予測方法であって、前記サーバから配信される雲メッシュデータK(t)と雲頂高度メッシュデータU(t)を受信する工程と、観測の時間間隔Δtが経過する毎に時刻tまでで得られた雲メッシュデータK(t)の履歴に基づいて、時刻(t−Δt)から時刻tの間の雲の運動ベクトルをメッシュ毎に演算する工程と、この雲の運動ベクトルを雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に投影させ、雲頂高度を保持しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を演算する工程と、雲頂高度メッシュデータU(t)から雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を引いた差値を時間間隔Δtで割った結果を雲の成長速度メッシュデータG(t)として演算する工程と、を有することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項2記載の発明は、上記課題を解決するため、雲の成長速度メッシュデータG(t)が所定の成長速度閾値α以上の値となるメッシュセルを抽出する工程と、成長速度の値を保持しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる成長速度メッシュデータG(t−Δt)の推計値Gex(t)を演算する工程と、成長速度メッシュデータG(t−Δt)に前記運動ベクトルを投影し、成長速度期待値Gex(t)を算出する工程と、成長速度期待値Gex(t)が雲の成長を示す成長速度閾値α以上の値となるメッシュセルを抽出する工程と、を有することを要旨とする。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 2 extracts a mesh cell in which the cloud growth rate mesh data G (t) has a value equal to or greater than a predetermined growth rate threshold value α, and a value of the growth rate. A step of calculating an estimated value Gex (t) of the growth rate mesh data G (t−Δt) obtained on the assumption that the cloud has moved during the time interval Δt while maintaining the growth rate mesh data G (t− (T) projecting the motion vector to calculate the expected growth rate value Gex (t), and a mesh cell in which the expected growth rate value Gex (t) is equal to or greater than a growth rate threshold value α indicating cloud growth. And a step of extracting.
請求項3記載の発明は、上記課題を解決するため、前記雲頂高度メッシュデータU(t)が、雲の成長初期の高度を示す成長初期高度閾値β以上の値となるメッシュセル、または、雲の発達期の高度を示す発達期高度閾値γ以上の値となるメッシュセルを抽出する工程を有することを要旨とする。 In order to solve the above-described problem, the cloud top height mesh data U (t) is a mesh cell in which the cloud top height mesh data U (t) is a value equal to or greater than the initial growth height threshold β indicating the initial height of cloud growth. The present invention includes a step of extracting a mesh cell having a value equal to or higher than the developmental altitude threshold γ indicating the altitude of the developmental period.
請求項4記載の発明は、上記課題を解決するため、前記雲頂高度メッシュデータU(t)が、成長初期高度閾値βまたは発達期高度閾値γよりも大きな値となるメッシュセルであり、かつ、雲の成長速度メッシュデータG(t)が成長速度閾値α以上の値となるメッシュセルを抽出して当該メッシュセルの位置を雷の危険度のある位置として認識処理する工程と、を有することを要旨とする。
In order to solve the above problem, the invention according to
請求項5記載の発明は、上記課題を解決するため、自然数xに時間間隔Δtを乗じた結果値の時間xΔtとし、雲頂高度を保持しつつ時間xΔt後に雲が移動したと仮定して得られる将来の雲頂高度予測値UF(t+xΔt)を演算する工程と、前記成長速度メッシュデータU(t)の時間間隔Δt毎の履歴データから時系列に補間して将来の時間間隔Δt毎の時刻を外挿し、当該外挿結果を雲の前記運動ベクトルの予測値に基づいて位置を補正して時刻(t+xΔt)における成長速度予測値GF(t+xΔt)を演算する工程と、雲頂高度予測値UF(t+xΔt) と成長速度予測値GF(t+xΔt)とから時間xΔt後の雲頂高度{F(t+xΔt)+ΣΔt・GF(t+xΔt)}を演算する工程と、成長速度予測値GF(t+xΔt)に対して成長速度閾値α以上の値のメッシュセルを抽出する工程と、時間xΔt後の雲頂高度が、成長初期高度閾値βまたは発達期高度閾値γよりも大きな値となるメッシュセルを抽出する工程と、を有することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項6記載の発明は、上記課題を解決するため、前記雲頂高度メッシュデータU(t)、雲の成長速度メッシュデータG(t)、雲頂高度予測値UF(t)、成長速度予測値GF(t)をそれぞれ演算する際には、個々のメッシュの近傍で平均化処理を行う工程を有することを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 6 provides the cloud top height mesh data U (t), cloud growth speed mesh data G (t), cloud top height predicted value UF (t), growth speed predicted value GF. When calculating each (t), the gist is to have a step of performing an averaging process in the vicinity of each mesh.
請求項7記載の発明は、上記課題を解決するため、前記時間xΔt後の雲頂高度が、成長初期高度閾値βまたは発達期高度閾値γよりも大きな値となったメッシュセルを抽出した場合には、時間xΔt後に当該メッシュセルの位置に発雷する可能性が高い旨のメッセージを表示する工程を有することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項8記載の発明は、上記課題を解決するため、気象情報配信センタに設けられたサーバから定期的に配信される気象に関する情報を雷位置予測装置により受信して解析し、雷の位置を予測する雷位置予測システムであって、前記雷位置予測装置は、前記サーバから配信される雲メッシュデータK(t)と雲頂高度メッシュデータU(t)を受信する手段と、観測の時間間隔Δtが経過する毎に時刻tまでで得られた雲メッシュデータK(t)の履歴に基づいて、時刻(t−Δt)から時刻tの間の雲の運動ベクトルをメッシュ毎に演算する手段と、この雲の運動ベクトルを雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に投影させ、雲頂高度を保持しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を演算する手段と、雲頂高度メッシュデータU(t)から雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を引いた差値を時間間隔Δtで割った結果を雲の成長速度メッシュデータG(t)として演算する手段と、を有することを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 8 receives and analyzes information on weather regularly distributed from a server provided in the weather information distribution center by a lightning position prediction device, and determines the position of lightning. A lightning position prediction system for prediction, wherein the lightning position prediction device receives cloud mesh data K (t) and cloud top height mesh data U (t) distributed from the server, and observation time interval Δt. Means for calculating a cloud motion vector between time (t−Δt) and time t for each mesh based on the history of cloud mesh data K (t) obtained until time t every time elapses, This cloud motion vector is projected onto the cloud top height mesh data U (t−Δt), and the estimated value Uex of the cloud top height mesh data obtained on the assumption that the cloud has moved during the time interval Δt while maintaining the cloud top height. Hand to calculate (t) The difference obtained by subtracting the estimated value Uex (t) of the cloud top altitude mesh data from the stage top and the cloud top altitude mesh data U (t) and dividing the result by the time interval Δt is calculated as the cloud growth rate mesh data G (t). And a means.
請求項1または8記載の発明によれば、気象情報配信センタに設けられたサーバから配信される雲メッシュデータK(t)と雲頂高度メッシュデータU(t)を受信し、観測の時間間隔Δtが経過する毎に時刻tまでで得られた雲メッシュデータK(t)の履歴に基づいて、時刻(t−Δt)から時刻tの間の雲の運動ベクトルをメッシュ毎に演算し、この雲の運動ベクトルを雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に投影させ、雲頂高度を保持しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を演算し、雲頂高度メッシュデータU(t)から雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を引いた差値を時間間隔Δtで割った結果を雲の成長速度メッシュデータG(t)として演算することで、発雷前の段階で雲の成長速度を演算でき、落雷位置または発雷時刻を予測することができる。 According to the first or eighth aspect of the invention, the cloud mesh data K (t) and the cloud top altitude mesh data U (t) distributed from a server provided in the weather information distribution center are received, and the observation time interval Δt The cloud motion vector between time (t−Δt) and time t is calculated for each mesh based on the history of cloud mesh data K (t) obtained up to time t every time elapses. Is projected onto the cloud top height mesh data U (t−Δt), and the estimated value Uex (t of the cloud top height mesh data obtained on the assumption that the cloud has moved during the time interval Δt while maintaining the cloud top height. ) And the difference obtained by subtracting the estimated value Uex (t) of the cloud top height mesh data U (t) from the cloud top height mesh data U (t) is divided by the time interval Δt as the cloud growth rate mesh data G (t). By calculating, clouds are formed before the lightning strike. Can be calculated the speed, it is possible to predict the lightning strike position or lightning time.
以下、本発明の雷位置予測システムを実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the lightning position prediction system of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[アルゴリズム]
まず、本発明の雷位置予測システムにおいて採用する予測アルゴリズムについて説明する。本発明を要約すると、積乱雲の成長過程を時系列の雲頂高度メッシュデータU(t)に基づいて評価し、ある一定の高度まで継続的に成長する位置を予測して特定することにより、発雷前の段階であっても高い確度で落雷位置を予測する手法を提供するものである。
[algorithm]
First, a prediction algorithm employed in the lightning position prediction system of the present invention will be described. To summarize the present invention, a cumulonimbus growth process is evaluated on the basis of time-series cloud top height mesh data U (t), and a position where it continuously grows up to a certain altitude is predicted and specified. It provides a method for predicting the position of lightning strike with high accuracy even in the previous stage.
雲頂高度メッシュデータU(t)は、雲の高さを示すものであり、熱雷の原因となる積乱雲が生じる際には高い値となるが、時には高層雲によって同様な値を示すこともある。このため、必要条件を満たすだけであり、雲頂高度メッシュデータの数値だけでは積乱雲と評価することは難しい。また、そのような評価で雷予測を行うのでは、手法として十分とは言えない。 The cloud top altitude mesh data U (t) indicates the height of the cloud, which is high when a cumulonimbus that causes thermal thunder occurs, but sometimes has a similar value depending on the high clouds. . For this reason, it only satisfies the requirements, and it is difficult to evaluate as a cumulonimbus cloud only with the numerical value of the cloud top height mesh data. Moreover, it is not sufficient as a method to perform lightning prediction by such evaluation.
積乱雲においては、雲の高度が高いことに起因して雷を生成するのではなく、雲の内部に起こる上昇気流によって摩擦が生じて電荷分離が起きることで雷を生成する。 In cumulonimbus clouds, lightning is not generated due to the high altitude of the clouds, but is generated by friction due to the rising airflow that occurs inside the clouds and causing charge separation.
そこで、本発明は、時系列の雲頂高度メッシュデータU(t)から雲の成長速度を算出し、その速度がある成長速度閾値α以上の場合に、落雷確率が高いと判断することを特徴とする。成長速度閾値αは、通常の積乱雲の鉛直方向の成長速度を指標とすればよく、典型的な値である10m/s程度以上であれば予測の空振り率が低くなる。しかし、積乱雲の成長と共に鉛直方向の成長速度が徐々に低下することもある上、必ずしも常時、10m/s程度以上の早い上昇気流を伴うとは限らないことから、見逃し率が相反的に大きくなる。元々、雷予測は災害対策のために行うことを考慮すると、見逃し率を小さくする方が重要であるため、現実的には、成長速度閾値αは2m/s〜5m/s程度の値が好ましい。 Therefore, the present invention calculates the cloud growth speed from the time-series cloud top height mesh data U (t), and determines that the lightning strike probability is high when the speed is equal to or greater than a certain growth speed threshold value α. To do. The growth rate threshold value α may be based on the normal growth rate of cumulonimbus clouds as an index. If the growth rate threshold value α is a typical value of about 10 m / s or more, the predicted swing rate is low. However, the growth rate in the vertical direction may gradually decrease with the growth of cumulonimbus clouds, and not always accompanied by a fast ascending air flow of about 10 m / s or more, so the miss rate increases reciprocally. . Considering that lightning prediction is originally performed for disaster countermeasures, it is more important to reduce the miss rate, so in reality, the growth rate threshold value α is preferably about 2 m / s to 5 m / s. .
しかしながら、雲は時々刻々と風により移流し、場合によっては、拡散、発散、収束などを起こすため、雲の動きを補正せずに単に時系列の雲頂高度メッシュデータU(t)の差分を算出するのでは、雲の成長速度を十分に評価することはできない。 However, the clouds advect from time to time by wind, and in some cases, they cause diffusion, divergence, convergence, etc., so the difference between the time series cloud top height mesh data U (t) is simply calculated without correcting the movement of the clouds. Therefore, the cloud growth rate cannot be fully evaluated.
例えば図1(a),(b)に示すように、雲C1が移流しながら雲C2まで成長した場合、図1(d)に示すように、単純にU(t)−U(t−Δt)を時間間隔Δtで割った値、すなわちU(t)−U(t−Δt)/Δtでは、成長速度の高い点Aが生じるものの、逆に負の部分もBに生じる。 For example, as shown in FIGS. 1A and 1B, when the cloud C1 grows up to the cloud C2 while advancing, as shown in FIG. 1D, simply U (t) −U (t−Δt. ) Divided by the time interval Δt, that is, U (t) −U (t−Δt) / Δt, a point A having a high growth rate occurs, but a negative portion also occurs in B.
また、図1(b),(c)に示すように、雲C2が雲C3まで発達した場合、図1(e)に示すように、単純にU(t+Δt)−U(t)) を時間間隔Δtで割った値、すなわちU(t+Δt)−U(t))/Δtでは、生長点の高い点が別の位置Cに現れてしまい、点Aの雲C1がさらに成長して点Cの雲C3になったという関連が判別し難い。 Also, as shown in FIGS. 1B and 1C, when the cloud C2 has developed to the cloud C3, as shown in FIG. 1E, U (t + Δt) −U (t)) is simply expressed as time. At a value divided by the interval Δt, that is, U (t + Δt) −U (t)) / Δt, a point with a high growth point appears at another position C, and the cloud C1 at point A further grows and the point C It is difficult to determine the relationship that the cloud C3 has been reached.
さらに、図2(a),(b),(c)に示すように、時間間隔が2Δtの間で大きさの変化が無い雲C1,C2,C3が水平移動した場合も、 図2(d)に示すU(t)−U(t−Δt)/Δtと、図2(e)に示すU(t+Δt)−U(t))/Δtとが類似になる結果が得られるため、単純な差分では本当に雲が成長しているのか否かは、判別が難しいことになる。 Furthermore, as shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, when the clouds C1, C2, and C3 having no change in size are horizontally moved during the time interval of 2Δt, FIG. ) U (t) −U (t−Δt) / Δt shown in FIG. 2 and U (t + Δt) −U (t)) / Δt shown in FIG. In the difference, it is difficult to determine whether or not the cloud is really growing.
そこで、本発明では、別途、図3(a),(b)に示すように、時刻(t−Δt)から時刻tにおける雲の動きを運動量解析により評価し、それを雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に適用して、図3(c)に示すように、雲頂高度を保ったまま雲が移動すると仮定した場合の時刻tの雲頂高度の期待値(expected value)となる予測値Uex(t)を求め、それと観測地での雲頂高度メッシュデータU(t)との変化分を算出することで、図3(d)に示すように、成長速度データG(t)を得ることを特徴とする。 Therefore, in the present invention, separately, as shown in FIGS. 3A and 3B, the movement of the cloud from time (t−Δt) to time t is evaluated by momentum analysis, and this is calculated using the cloud top height mesh data U ( (t−Δt), as shown in FIG. 3C, a predicted value Uex that becomes an expected value of the cloud top altitude at time t when it is assumed that the cloud moves while maintaining the cloud top altitude. By obtaining (t) and calculating the change between it and the cloud top altitude mesh data U (t) at the observation site, it is possible to obtain the growth rate data G (t) as shown in FIG. Features.
すなわち、成長速度データG(t)を雲頂高度メッシュデータU(t)と雲頂高度の予測値Uex(t)とから、
G(t)=(U(t)−Uex(t))/Δt (1)
とする。
That is, the growth rate data G (t) is calculated from the cloud top height mesh data U (t) and the cloud top height predicted value Uex (t).
G (t) = (U (t) −Uex (t)) / Δt (1)
And
このような手法により、図1(d)に示すBで見られたような、みかけの負の部分を生じることなく、雲の移動を補正した上で雲の成長速度を評価することができる。 With such a method, it is possible to evaluate the growth rate of the cloud after correcting the movement of the cloud without producing an apparent negative portion as seen in B shown in FIG.
なお、雲の運動量解析処理としては公知の方法を用いることで差し支えないが、特に、重心の移動とともに拡散・発散・収束などを解析することができる画像処理技術の一種であるダイナミクステクスチャ法(DT法)(DT法については、「境野ら、信学技法、IE2002−8、pp.43−48、2002.」参照のこと)は、過去の時系列データに基づいて近未来の予測にも利用できることから、本発明の場合にも有用である。 Note that a known method may be used as the cloud momentum analysis process, but in particular, the dynamics texture method (DT) is a kind of image processing technique that can analyze diffusion, divergence, convergence, etc. along with the movement of the center of gravity. (For the DT method, see “Sakaino et al., Shingaku Techniques, IE2002-8, pp.43-48, 2002.”) is also used for prediction in the near future based on past time-series data. Since it is possible, it is also useful in the present invention.
本発明の手法により、成長速度データG(t)を評価するので、積乱雲が移動しつつ成長する場合であっても、鉛直方向の成長速度を初めて正確に評価できることになる。 Since the growth rate data G (t) is evaluated by the method of the present invention, the vertical growth rate can be accurately evaluated for the first time even when the cumulonimbus grows while moving.
しかし、成長速度データG(t)の評価だけでは、積乱雲の成長は判っても、その規模が判らないため、雷予測を行うには、本発明は成長速度データG(t)の評価とともに雲頂高度メッシュデータU(t)の評価を行うこととする。 However, even if only the growth rate data G (t) is evaluated, the cumulonimbus growth can be determined, but its scale cannot be determined. Assume that the advanced mesh data U (t) is evaluated.
例えば、積乱雲が発雷する場合には、雲は高度3000mから1万m程度に成長することが多い。1万mにまで成長した積乱雲はかなりの高い確度で発雷するため、この高さまでで指標を定めて雲頂高度メッシュデータU(t)の評価を行う。逆に、低い方の数値としては、通常の雲の高さが1000m前後に多いことから、積乱雲のでき始めとして認識する指標としては、3000m位が適当であり、さらに発達した雲として認識するには5000m程度を閾値として設定することが好ましい。 For example, when a cumulonimbus generates lightning, the cloud often grows from an altitude of about 3000 m to about 10,000 m. Since cumulonimbus clouds that have grown to 10,000 m generate lightning with considerably high accuracy, the cloud top height mesh data U (t) is evaluated by setting an index up to this height. On the other hand, as the lower numerical value, the height of a normal cloud is as high as around 1000 m. Therefore, about 3000 m is suitable as an index for recognizing the beginning of a cumulonimbus cloud, and it is recognized as a further developed cloud. Is preferably set with a threshold of about 5000 m.
このようなことから、本発明では雲の成長初期の高度を示す成長初期高度閾値βを設けて雲頂高度メッシュデータU(t)を評価する。この閾値βの場合には、5000m前後の値が適当であるが、しかし、より好ましいのは、複数の閾値を設けて雲頂高度メッシュデータU(t)を評価することであり、典型的には成長初期高度閾値βの他に雲の発達期の高度を示す発達期高度閾値γを設け、雷の確度を段階的に判定して評価することが好ましい。 For this reason, in the present invention, the cloud top height mesh data U (t) is evaluated by providing a growth initial height threshold value β indicating the height of the initial growth of the cloud. In the case of this threshold value β, a value of around 5000 m is appropriate, but it is more preferable to set a plurality of threshold values to evaluate the cloud top height mesh data U (t), typically It is preferable to provide a developmental altitude threshold γ indicating the altitude of the cloud development period in addition to the initial growth altitude threshold β, and evaluate by evaluating the lightning accuracy in stages.
図3(d)に示すように、このような雲頂高度メッシュデータU(t)の評価によって抽出されるメッシュセルと、成長速度データG(t)の評価によって抽出されるメッシュセルが共に重なる場所Dが、発雷の確率の高い部分として認識できる。 As shown in FIG. 3D, a location where the mesh cell extracted by the evaluation of the cloud top height mesh data U (t) and the mesh cell extracted by the evaluation of the growth rate data G (t) are overlapped with each other. D can be recognized as a portion having a high probability of lightning.
上述した手法では、観測している時刻tにおける実時間の状態解析と見なせるが、雲の運動量解析処理を行って将来の雷予測を行うことも可能である。 Although the above-described method can be regarded as a real-time state analysis at the observed time t, it is also possible to perform a future lightning prediction by performing a cloud momentum analysis process.
すなわち、運動量解析処理の結果得られた運動ベクトルを雲頂高度メッシュデータU(t)及び成長速度データG(t)に投影し、将来のある時刻(t+xΔt)の雲頂高度予測値UF(t+xΔt)と成長速度予測値GF(t+xΔt)を算出する。 That is, the motion vector obtained as a result of the momentum analysis process is projected onto the cloud top height mesh data U (t) and the growth rate data G (t), and the cloud top height predicted value UF (t + xΔt) at a certain time (t + xΔt) A growth rate prediction value GF (t + xΔt) is calculated.
ここで、x=1、2、3、、、の自然数である。上述したダイナミクステクスチャ法に基づく予測処理では、データ要素の慣性的性質に基づいて、目安としては時間間隔Δtの約10倍以内まで予測が可能としている。従って、ダイナミクステクスチャ法を用いる場合はxの最大値は10としてよい。 Here, it is a natural number of x = 1, 2, 3,. In the prediction process based on the dynamics texture method described above, it is possible to predict within about 10 times the time interval Δt as a guide based on the inertial properties of the data elements. Therefore, when the dynamic texture method is used, the maximum value of x may be 10.
このようにして、雲頂高度予測値UF(t+xΔt)は、時刻tにおける雲頂高度の値を保存しつつ、雲の運動ベクトルの予測値に基づいて位置を補正して算出する。 Thus, the cloud top altitude predicted value UF (t + xΔt) is calculated by correcting the position based on the cloud motion vector predicted value while preserving the cloud top altitude value at time t.
また、成長速度予測値GF(t+xΔt)は、成長速度データG(t−2Δt)、G(t−Δt)、G(t)等から時系列に補間して将来の時刻である(t+Δt)、(t+2Δt)、、、に外挿し、それを雲の運動ベクトルの予測値に基づいて位置を補正して算出した値であり、時刻(t+xΔt)における成長速度である。 The predicted growth rate GF (t + xΔt) is a future time (t + Δt) interpolated in time series from the growth rate data G (t−2Δt), G (t−Δt), G (t), etc. It is a value calculated by extrapolating to (t + 2Δt), and correcting the position based on the predicted value of the cloud motion vector, and is the growth rate at time (t + xΔt).
最終的には、時刻(t+xΔt)における雲頂高度は、
UF(t+xΔt)+ΣΔtGF(t+Δt)
となる。これを成長初期高度閾値β、あるいはさらに発達期高度閾値γで判定して評価し、雲の高度を評価するとともに、成長速度予測値GF(t+xΔt)における発雷確率の高い位置を予測することができることになる。
Eventually, the cloud top height at time (t + xΔt) is
UF (t + xΔt) + ΣΔtGF (t + Δt)
It becomes. This is judged and evaluated by the initial growth altitude threshold β or further the developmental altitude threshold γ to evaluate the altitude of the cloud and predict a position with a high lightning probability in the growth rate predicted value GF (t + xΔt). It will be possible.
なお、入力データである雲メッシュデータK(t)や雲頂高度データU(t)には誤差が含まれるため、本発明で算出したU(t)、G(t)、UF(t)、GF(t)を評価する際にわずかな位置ずれを起こして、予測の確度を低下させる原因となる可能性がある。 It should be noted that the cloud mesh data K (t) and the cloud top height data U (t), which are input data, include errors, so U (t), G (t), UF (t), GF calculated in the present invention. When evaluating (t), there is a possibility that a slight misalignment may be caused to reduce the accuracy of prediction.
そこで、そのような位置の評価誤差を丸めるために、本発明では、U(t)、G(t)、UF(t)、GF(t)を評価するのに先立って、それらの個々のメッシュセルの近傍で平均化処理を行うことがより好ましい。 Therefore, in order to round off the evaluation error of such positions, in the present invention, prior to evaluating U (t), G (t), UF (t), GF (t), their individual meshes are evaluated. More preferably, the averaging process is performed in the vicinity of the cell.
すなわち、座標(i、j)のメッシュセルの値を(i−a、j−a)〜(i+a、j+a)の総計(2a+1)^2個のセルの平均値とする、予備計算の工程を挿入するものである。aは自然数であるが、1〜3程度の数値が好ましい。 That is, a preliminary calculation step is performed in which the value of the mesh cell at the coordinates (i, j) is the average value of the total of (2a + 1) ^ 2 cells from (i−a, j−a) to (i + a, j + a). To be inserted. Although a is a natural number, a numerical value of about 1 to 3 is preferable.
本発明は、上記のアルゴリズムをソフトウエアとしてコーディングし、コンピュータ上で地図とともに表示することにより、雷位置情報や予測情報を明示する。よりよい形態としては、Δt毎に最新の気象情報を取得し、内部で演算処理を行い、画面表示を更新することが好ましい。 In the present invention, the above algorithm is coded as software and displayed together with a map on a computer, thereby clearly indicating lightning position information and prediction information. As a better mode, it is preferable to acquire the latest weather information for each Δt, perform the calculation process inside, and update the screen display.
[実施例1]
図4は、本発明の第1実施形態に係る雲位置予測システムの構成を示す図である。
[Example 1]
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the cloud position prediction system according to the first embodiment of the present invention.
雲位置予測システムは、例えば気象衛星「ひまわり」1から送信されてくる電波を受信して気象情報を生成して定期的に気象情報を配信する気象情報配信センタ3と、この気象情報配信センタ3からインターネット7を介して気象情報を受信して雷の位置を予測演算する第1パーソナルコンピュータと、第1パーソナルコンピュータから出力される演算結果の情報をHUB15を介して受信してモニタに表示する第2のパーソナルコンピュータとから構成されている。
The cloud position prediction system includes, for example, a weather
気象情報配信センタ3に設けられたホストコンピュータには、データベースDBを備えたサーバ5が設けられており、例えば気象衛星「ひまわり」1から送信されてくる気象情報を解析して定期的に気象情報を配信、または要求に応じて送信する。
The host computer provided in the weather
次いで、第1パーソナルコンピュータ11は、演算制御部21、通信制御部23、演算メモリ部25、ハードディスク部27、表示制御部29、モニタ31およびLAN制御部33から構成されている。
Next, the first
演算制御部21は、ハードディスク部27に記憶されている演算制御プログラムを内部RAMに読み出し、これに従って演算処理および制御処理を実行する。通信制御部23は、気象情報配信センタ3に設けられたサーバとインターネット7を介して接続し、気象情報を受信するとともに、受信した気象情報を演算メモリ部25に出力する。演算メモリ部25は、受信した気象情報を展開して演算するためのメモリ空間である。
The
ハードディスク部27は、受信した気象情報として雲メッシュデータの履歴データK(t)、K(t−Δt)、K(t−2Δt)、、、、を記録し、同時に、雲頂高度メッシュデータの履歴データU(t)、U(t−Δt)、U(t−2Δt)、、、、を記録する。
The
表示制御部29は、地理情報システムGISの操作画面をモニタ31に表示する。LAN制御部33は、演算処理結果をHUB15を介して第2パーソナルコンピュータに送信する。
The
次いで、第2パーソナルコンピュータ13は、演算制御部41、LAN制御部43、ハードディスク部45、表示制御部47、表示メモリ部49およびモニタ51から構成されている。
Next, the second
演算制御部41は、ハードディスク部45に記憶されている演算制御プログラムを内部RAMに読み出し、これに従って演算処理および制御処理を実行する。LAN制御部43は、第1パーソナルコンピュータの演算処理結果をHUB15を介して受信する。ハードディスク部45は、第1コンピュータ11から受信した演算結果となる雲メッシュデータK(t)、雲頂高度メッシュデータU(t)、成長速度メッシュデータG(t)の最新データを記録する。表示制御部47は、地理情報システムGISの結果表示画面をモニタ31に表示しており、第1コンピュータ11から受信した演算結果となる雲メッシュデータK(t)、雲頂高度メッシュデータU(t)、成長速度メッシュデータG(t)を表示メモリ49に展開して最新データに更新し、GISによりモニタ51に表示する。
The
次に、図5に示すフローチャートを参照して、本発明の雷位置予測システムの動作を説明する。なお、ステップSaに関する処理は第1パーソナルコンピュータ11において実行され、ステップSbに関する処理は第2パーソナルコンピュータ13において実行されることとして説明する。
Next, the operation of the lightning position prediction system of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Note that the processing related to step Sa is executed in the first
まず、ステップSa10では、通信制御部23からインターネット7を介して気象情報配信センタ3のサーバ5に接続し、時間tの関数として得られる雲メッシュデータK(t)と雲頂高度メッシュデータU(t)を通信制御部23を介して受信し、演算メモリ部25に記憶するとともにハードディスク部27の所定のホルダに記録しておく。
First, in step Sa10, the cloud control data 23 (t) and the cloud top altitude mesh data U (t) obtained as a function of time t are connected from the
すなわち、気象情報配信センタ3の一つとして例えば気象庁に設置された気象業務支援センタにインターネット7を介して接続し、このセンタが公開する気象情報のうち1km四方の範囲(メッシュ)を1単位として扱う全国合成レーダGPV(Grid Point Value)を雲メッシュデータK(t)として受信して入力し、同時に、2.5km四方の範囲(メッシュ)を1単位として扱う全国合成レーダエコー頂高度GPVを雲頂高度メッシュデータU(t)として受信して入力し、それぞれのデータを演算メモリ部25に記憶するとともにハードディスク部27の所定のホルダに記録しておく。
That is, as one of the weather
なお、気象情報配信センタから配信されるメッシュ毎の雲メッシュデータK(t)および雲頂高度メッシュデータU(t)は、気圧面が925,850,700,500hPaおよび地上を対象とし、風向データ、風速データ、気温データ、露点差データなどの気象情報の計算予測値、東西30’,南北24’(雲頂高度メッシュデータ)また東西15’,南北12’(雲メッシュデータ)の格子点間隔、それぞれのメッシュの位置情報から構成されている。 The cloud mesh data K (t) and cloud top altitude mesh data U (t) for each mesh distributed from the weather information distribution center are for wind pressure data of 925, 850, 700, 500 hPa on the air pressure surface, Calculation prediction value of weather information such as wind speed data, temperature data, dew point difference data, grid point spacing of east-west 30 ', north-south 24' (cloud top altitude mesh data), east-west 15 ', north-south 12' (cloud mesh data), respectively It is comprised from the positional information on the mesh.
これらの気象データは、いずれも10分間隔で配信される情報であるので、Δt=10分間とした。なお、これらの気象データの入力の際に、格子点データは、格子点がメッシュ中央部となるように、メッシュの座標系を定義するものとし、演算メモリ部25上のメモリ空間に展開する。また、気象業務支援センタから配信される上述した気象データはバイナリデータから構成されているので、演算制御部21は、演算メモリ部25上のアドレスに展開する際にバイナリデータからメッシュデータにデータ変換する。
Since these weather data are information distributed every 10 minutes, Δt = 10 minutes. Note that when inputting these weather data, the grid point data defines a mesh coordinate system so that the grid point is in the center of the mesh, and is expanded in the memory space on the
この結果、演算メモリ部25には新たに雲メッシュデータK(t)と雲頂高度メッシュデータU(t)とが新たに記憶され、ハードディスク部27には雲メッシュデータの履歴データとしてK(t)、K(t−Δt)、K(t−2Δt)、、、、が記録されていることとなり、同時に、雲頂高度メッシュデータの履歴データとしてU(t)、U(t−Δt)、U(t−2Δt)、、、、が記録されていることとなる。
As a result, cloud mesh data K (t) and cloud top height mesh data U (t) are newly stored in the
次いで、ステップSa20では、雲メッシュデータK(t)に対して運動量解析処理(DT法)を施す。すなわち、m=3とし、演算制御部21では、演算メモリ部25に記憶されている雲メッシュデータK(t)に対して、ある時刻tに対してt−3Δt(すなわち30分前)、t−2Δt(すなわち20分前)、t−Δt(すなわち10分前)の雲メッシュデータK(t)をダイナミクステクスチャ法で解析する。
Next, in step Sa20, momentum analysis processing (DT method) is performed on the cloud mesh data K (t). That is, m = 3, and the
次いで、ステップSa30では、演算制御部21では、ステップS20における運動量解析処理により得られた結果に対して、1次オーダーまでの時刻(t−Δt)における各メッシュでの雲の運動ベクトル(a,b)を時刻tにおけるものとして算出する。
Next, in step Sa30, the
すなわち、観測の時間間隔をΔtとし時刻tまでで得られた雲メッシュデータK(t)、K(t−Δt)、K(t−2Δt)、、、K(t−mΔt)に基づいて、時刻(t−Δt)から時刻tの間の雲の運動ベクトル(a,b)をメッシュ毎に演算する。 That is, based on cloud mesh data K (t), K (t−Δt), K (t−2Δt), K (t−mΔt) obtained until time t with Δt as the observation time interval, Cloud motion vectors (a, b) between time (t−Δt) and time t are calculated for each mesh.
次いで、ステップS40aでは、この雲の運動ベクト(a,b)ルを雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に投影することで、雲の動きに伴う雲頂高度データの水平移動量を補正し、雲頂高度メッシュデータ推計値Uex(t)を算出する。 Next, in step S40a, by projecting the cloud motion vector (a, b) onto the cloud top height mesh data U (t-Δt), the horizontal movement amount of the cloud top height data accompanying the cloud movement is corrected, The cloud top height mesh data estimated value Uex (t) is calculated.
すなわち、この雲の運動ベクトル(a,b)を雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に投影させて演算処理し、雲頂高度を保持しつつΔtの間に雲が移動したと仮定して得られる雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を演算する。 That is, the cloud motion vector (a, b) is projected onto the cloud top altitude mesh data U (t−Δt) and calculated, and obtained by assuming that the cloud has moved between Δt while maintaining the cloud top altitude. The estimated value Uex (t) of the calculated cloud top height mesh data is calculated.
次いで、ステップSa50では、雲の成長速度ベクトルを雲の成長速度メッシュデータG(t)からメッシュ毎に算出する。なお、成長速度閾値α=3m/sとした。 Next, in step Sa50, a cloud growth rate vector is calculated for each mesh from the cloud growth rate mesh data G (t). The growth rate threshold value α was set to 3 m / s.
G(t)=(U(t)−Uex(t))/Δt
一方、第2コンピュータ13に設けられた表示制御部47では、周知の地理情報システムGIS(Geographic Information System)を用い、日本地図、K(t)、U(t)、G(t)のレイヤを用意して、これらを下位レイヤから上位レイヤの順とし、これらを位置をキーにして基盤的な地図データの上に結びつけ、重ね合せて表示する。これにより、相互の位置関係の把握、データ検索と表示、データ間の関連性の分析等が可能になる。
G (t) = (U (t) −Uex (t)) / Δt
On the other hand, the
ここで、第1コンピュータ11は、演算メモリ部25に新たに記憶された雲メッシュデータK(t)、雲頂高度メッシュデータU(t)、成長速度メッシュデータG(t)とを読み出してLAN制御部33からHUB15を介して第2パーソナルコンピュータ13に送信する。次いで、第2パーソナルコンピュータ13は、LAN制御部43はこの演算結果を受信し、ハードディスク部45に受信した演算結果となる雲メッシュデータK(t)、雲頂高度メッシュデータU(t)、成長速度メッシュデータG(t)の最新データを記録する。第2コンピュータ13の表示制御部47では、このK(t)、U(t)、G(t)を最新データに更新してGISにより位置合わせ処理してモニタ51に表示する。
Here, the
また、ステップSb60では、成長速度の値を保存しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる成長速度メッシュデータの推計値Gex(t)を演算する。 In step Sb60, an estimated value Gex (t) of the growth rate mesh data obtained on the assumption that the cloud has moved during the time interval Δt while storing the growth rate value is calculated.
すなわち、成長速度メッシュデータG(t)のレイヤでは、成長速度閾値αよりも大きな値のメッシュを抽出し、適宜シンボルをメッシュに付与して表示することにより、雲の成長点を表示するように表示制御部47を制御する。
That is, in the layer of the growth rate mesh data G (t), the cloud growth point is displayed by extracting a mesh having a value larger than the growth rate threshold value α and appropriately assigning and displaying the symbol to the mesh. The
次いで、ステップSb70では、成長速度メッシュデータの推計値Gex(t)において、成長速度閾値α以上の値となるメッシュセルを抽出する。 Next, in step Sb70, a mesh cell having a value greater than or equal to the growth rate threshold value α is extracted from the estimated value Gex (t) of the growth rate mesh data.
すなわち、成長速度メッシュデータG(t−Δt)に運動ベクトル(a,b)を投影することで、成長速度期待値Gex(t)を算出し、Gex(t)>αとなるメッシュセルを抽出する。 That is, by projecting the motion vector (a, b) onto the growth rate mesh data G (t−Δt), the growth rate expected value Gex (t) is calculated, and a mesh cell satisfying Gex (t)> α is extracted. To do.
ステップSb110では、雲頂高度メッシュデータU(t)に対して、成長初期高度閾値β、あるいは発達期高度閾値γを設け、これらの閾値以上の値を有するメッシュセルを抽出してモニタ51に表示するように表示制御部47を制御する。
In step Sb110, an initial growth altitude threshold β or a developmental altitude threshold γ is provided for the cloud top altitude mesh data U (t), and mesh cells having values higher than these thresholds are extracted and displayed on the
すなわち、第2コンピュータ13では、雲頂高度メッシュデータU(t)においては、雲が成長している段階にあるときの高度を表す成長初期高度閾値βを例えば3000(βの範囲は1500〜3000が好ましい)mとし、雲の発達期の高度を表す発達期高度閾値γを例えば5000(γの範囲は5000〜7000が好ましい)mとし、それらの成長初期高度閾値β,発達期高度閾値γよりも高度の高い雲のメッシュを選択し、それぞれ表示色を変えて強調表示を行い、積乱雲の位置をモニタ51に表示する。
That is, in the
ステップSb210では、ステップSb110において、雲頂高度メッシュデータU(t)で成長初期高度閾値βおよび発達期高度閾値γで選択されたセルと、ステップSb60において、成長速度メッシュデータG(t)に対して成長速度閾値α以上の値を有するメッシュセルとの論理和をとった。この論理和が1の場合に、セルをブリンクさせて強調表示を行い、発雷の危険度の高い位置を示すメッシュセルとしてモニタ51に位置合わせ処理して表示するように表示制御部47を制御する。
In step Sb210, in step Sb110, the cell selected by the cloud top height mesh data U (t) with the growth initial height threshold β and the developmental height threshold γ, and in step Sb60, the growth rate mesh data G (t) A logical OR with a mesh cell having a value equal to or higher than the growth rate threshold value α was taken. When this logical sum is 1, the
ステップSa310では、上記とは別のサブウインドウで、時刻t+Δt、t+2Δt、、、、t+6Δt、と最大1時間先までのUF(t)とGF(t)を予測する。UF(t+xΔt)は、時刻tにおける雲頂高度の値を保持しつつ、雲の運動ベクトルの予測値に基づいて位置を補正して算出した時刻(t+xΔt)における雲頂高度予測値であり、GF(t+xΔt)は、雲の運動ベクトルの予測値に基づいて位置を補正して算出した時刻(t+xΔt)における成長速度予測値である。 In step Sa310, time t + Δt, t + 2Δt,..., T + 6Δt, and UF (t) and GF (t) up to one hour ahead are predicted in a sub-window different from the above. UF (t + xΔt) is a cloud top height predicted value at time (t + xΔt) calculated by correcting the position based on the predicted value of the cloud motion vector while holding the value of the cloud top height at time t, and GF (t + xΔt ) Is a predicted growth rate at time (t + xΔt) calculated by correcting the position based on the predicted value of the cloud motion vector.
ステップSb320では、雲頂高度{UF(t+xΔt)+ΣΔtGF(t+xΔt)}による雲頂高度予測値とGF(t)に基づいて、上記同様に閾値以上となったセルの抽出を行い、論理和により、発雷の危険度の高いセルを表示させることにより、短時間の落雷位置の予測を行った。 In step Sb320, based on the cloud top altitude predicted value based on the cloud top altitude {UF (t + xΔt) + ΣΔtGF (t + xΔt)} and GF (t), a cell having a threshold value or more is extracted in the same manner as described above, and lightning is generated by logical sum. A lightning strike position was predicted for a short time by displaying cells with a high risk level.
すなわち、自然数xに時間間隔Δtを乗じた結果値の時間xΔtとし、雲頂高度を保持しつつ時間xΔt後に雲が移動したと仮定して得られる将来の雲頂高度予測値UF(t+xΔt)を演算する。 That is, the time value ΔΔt is a result value obtained by multiplying the natural number x by the time interval Δt, and the future cloud top height predicted value UF (t + xΔt) obtained on the assumption that the cloud has moved after the time xΔt while calculating the cloud top height is calculated. .
また、成長速度メッシュデータU(t)の時間間隔Δt毎の履歴データから時系列に補間して将来の時間間隔Δt毎の時刻を外挿し、当該外挿結果を雲の運動ベクトルの予測値に基づいて位置を補正して時刻(t+xΔt)における成長速度予測値GF(t+xΔt)を演算する。 Further, by interpolating in time series from the historical data for each time interval Δt of the growth rate mesh data U (t), extrapolating the time for each future time interval Δt, and using the extrapolated result as the predicted value of the motion vector of the cloud Based on this, the position is corrected and the growth rate predicted value GF (t + xΔt) at time (t + xΔt) is calculated.
さらに、雲頂高度予測値UF(t+xΔt) と成長速度予測値GF(t+xΔt)とから時間xΔt後の雲頂高度{F(t+xΔt)+ΣΔt・GF(t+xΔt)}を演算する。 Further, the cloud top height {F (t + xΔt) + ΣΔt · GF (t + xΔt)} after time xΔt is calculated from the cloud top height predicted value UF (t + xΔt) and the growth rate predicted value GF (t + xΔt).
次いで、成長速度予測値GF(t+xΔt)に対して成長速度閾値α以上の値のメッシュセルを抽出する。次いで、時間xΔt後の雲頂高度が、成長初期高度閾値βまたは発達期高度閾値γよりも大きな値となるメッシュセルを抽出する。 Next, a mesh cell having a value equal to or higher than the growth rate threshold value α with respect to the growth rate predicted value GF (t + xΔt) is extracted. Next, a mesh cell is extracted in which the cloud top height after time xΔt is larger than the initial growth height threshold β or the developmental height threshold γ.
成長速度予測値GF(t+xΔt)においては、成長速度閾値α以上の値のメッシュセルを抽出してモニタ51に表示する。また、時間xΔt後の雲頂高度{UF(t+xΔt)+ΣΔt・GF(t+xΔt)}に対して、成長初期高度閾値β以上となりさらに発達期高度閾値γ以上の値まで発達するメッシュセルを抽出してモニタ51に表示する。
For the growth rate predicted value GF (t + xΔt), a mesh cell having a value equal to or greater than the growth rate threshold value α is extracted and displayed on the
ここで、ステップSb320において、時間xΔt後の雲頂高度{UF(t+xΔt)+ΣΔt・GF(t+xΔt)}が成長初期高度閾値βまたは発達期高度閾値γ以上になるメッシュセルがある場合、落雷の発生確率が極めて高いので、演算制御部41は、当該メッシュセルの位置をモニタ上でブリンクするように表示制御部47を制御する。さらに、時間xΔt後(xΔt=○○分)にはこの位置に落雷する可能性が高いので、演算制御部41は、ブリンクした位置の近傍に「時間○○分後に発雷予測あり」とメッセージを表示するように表示制御部47を制御する。
Here, in step Sb320, if there is a mesh cell in which the cloud top height {UF (t + xΔt) + ΣΔt · GF (t + xΔt)} after time xΔt is equal to or greater than the initial growth height threshold β or the developmental height threshold γ, the lightning occurrence probability Is extremely high, the
また、位置評価誤差を補正するため、U(t)、G(t)、UF(t)、GF(t)の平均化処理による評価も行った。すなわち、a=1とし、中心に位置する座標(i、j)のメッシュセルの値をその周囲のメッシュセル(i−1、j−1)〜(i+1、j+1)の値の総計9値の平均値とした。 In addition, in order to correct the position evaluation error, evaluation by averaging processing of U (t), G (t), UF (t), and GF (t) was also performed. That is, a = 1, and the value of the mesh cell at the coordinates (i, j) located at the center is a total of 9 values of the values of the surrounding mesh cells (i−1, j−1) to (i + 1, j + 1). The average value was used.
これにより、位置評価誤差を補正することができるので、ノイズ成分が減り、風速が早くて雲の移動の早い場合でも、比較的安定した出力が得られるようになった。 As a result, the position evaluation error can be corrected, so that the noise component is reduced, and a relatively stable output can be obtained even when the wind speed is fast and the cloud moves quickly.
[実施例2]
図4を参照して、本発明の第2実施形態に係る雲位置予測システムの構成を説明する。実施例1においては、雲メッシュデータK(t)として、例えば気象衛星「ひまわり」の配信データとして気象衛星写真を使った。
[Example 2]
With reference to FIG. 4, the structure of the cloud position prediction system which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In the first embodiment, as the cloud mesh data K (t), for example, a weather satellite photograph is used as distribution data of the weather satellite “Himawari”.
このため、入力のタイミングが10分値とは違い、サーバ5からの配信間隔が1時間間隔であったので、これをΔt'とした。つまりΔt'=6Δtであった。
For this reason, since the input timing is different from the 10-minute value and the delivery interval from the
そこで、ステップSa10〜Sa30の処理では、雲メッシュデータK(t)による運動量評価にはΔt'を用い、(t−5Δt)から(t+5Δt)における雲頂高度メッシュデータU(t)の評価の際には、(t−Δt')から(t+Δt')の雲メッシュデータK(t)による運動量変化は一様であると線形補間して当てはめることとし、ステップSa40以降の処理は図5に示す処理と同様とする。 Therefore, in the processing of steps Sa10 to Sa30, Δt ′ is used for the momentum evaluation using the cloud mesh data K (t), and the cloud top height mesh data U (t) is evaluated from (t−5Δt) to (t + 5Δt). Is assumed to be applied by linear interpolation that the change in momentum by the cloud mesh data K (t) from (t−Δt ′) to (t + Δt ′) is uniform, and the processing after step Sa40 is the processing shown in FIG. The same shall apply.
以上、実施例1,2によれば、発雷前の段階で雲の成長速度を演算することで、発雷前の段階で落雷位置または発雷時刻を予測することができる。特に熱雷の短時間予測において、例え発雷以前であっても、発雷位置と発雷時刻を高い確度で予測することができる。 As described above, according to the first and second embodiments, it is possible to predict the lightning strike position or lightning time at the stage before the lightning by calculating the cloud growth speed at the stage before the lightning. In particular, in the short-term prediction of thermal lightning, it is possible to predict the lightning position and lightning time with high accuracy even before the lightning.
また、積乱雲の成長過程を時系列の雲頂高度のメッシュデータとして計測し、その後の雲の成長過程と位置を推定することで、発雷前の段階であっても落雷の位置を予測することができる。 In addition, by measuring the cumulonimbus growth process as time-series cloud top height mesh data and estimating the subsequent cloud growth process and position, it is possible to predict the location of lightning strikes even before the stage of lightning. it can.
この結果、落雷予測に応じて事前対策を効果的に行うことが可能になるとともに、事前準備の強化により、被災後の復旧の迅速化に寄与することができる。 As a result, it is possible to effectively take proactive measures in accordance with lightning strike predictions, and contribute to speeding up recovery after a disaster by strengthening advance preparations.
1 気象衛星
3 気象情報配信センタ
5 サーバ
7 イターネット
11 第1パーソナルコンピュータ
13 第2パーソナルコンピュータ
15 HUB
21,41 演算制御部
23 通信制御部
25 演算メモリ部
27,45 ハードディスク部
29,47 表示制御部
31,51 モニタ
33,43 LAN制御部
49 表示メモリ部
DESCRIPTION OF
21, 41
Claims (8)
前記サーバから配信される雲メッシュデータK(t)と雲頂高度メッシュデータU(t)を受信する工程と、
観測の時間間隔Δtが経過する毎に時刻tまでで得られた雲メッシュデータK(t)の履歴に基づいて、時刻(t−Δt)から時刻tの間の雲の運動ベクトルをメッシュ毎に演算する工程と、
この雲の運動ベクトルを雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に投影させ、雲頂高度を保持しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を演算する工程と、
雲頂高度メッシュデータU(t)から雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を引いた差値を時間間隔Δtで割った結果を雲の成長速度メッシュデータG(t)として演算する工程と、
を有することを特徴とする雷位置予測方法。 A lightning position prediction method for predicting the position of lightning by analyzing information on weather regularly distributed from a server provided in a weather information distribution center,
Receiving cloud mesh data K (t) and cloud top height mesh data U (t) distributed from the server;
Based on the history of cloud mesh data K (t) obtained up to time t each time the observation time interval Δt elapses, the cloud motion vector from time (t−Δt) to time t is determined for each mesh. A process of calculating;
This cloud motion vector is projected onto the cloud top height mesh data U (t−Δt), and the estimated value Uex of the cloud top height mesh data obtained on the assumption that the cloud has moved during the time interval Δt while maintaining the cloud top height. calculating (t);
Calculating a result obtained by dividing a difference value obtained by subtracting the estimated value Uex (t) of the cloud top altitude mesh data from the cloud top altitude mesh data U (t) by the time interval Δt as cloud growth rate mesh data G (t);
The lightning position prediction method characterized by having.
成長速度の値を保持しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる成長速度メッシュデータG(t−Δt)の推計値Gex(t)を演算する工程と、
成長速度メッシュデータG(t−Δt)に前記運動ベクトルを投影し、成長速度期待値Gex(t)を算出する工程と、
成長速度期待値Gex(t)が雲の成長を示す成長速度閾値α以上の値となるメッシュセルを抽出する工程と、
を有することを特徴とする請求項1記載の雷位置予測方法。 Extracting a mesh cell in which the cloud growth rate mesh data G (t) is equal to or greater than a predetermined growth rate threshold value α;
Calculating an estimated value Gex (t) of the growth rate mesh data G (t−Δt) obtained on the assumption that the cloud has moved during the time interval Δt while maintaining the value of the growth rate;
Projecting the motion vector onto growth rate mesh data G (t−Δt) to calculate a growth rate expected value Gex (t);
Extracting a mesh cell in which a growth rate expected value Gex (t) is a value equal to or greater than a growth rate threshold value α indicating cloud growth;
The lightning position prediction method according to claim 1, further comprising:
を有することを特徴とする請求項3記載の雷位置予測方法。 The cloud top height mesh data U (t) is a mesh cell having a value larger than the initial growth height threshold β or the developmental height threshold γ, and the cloud growth speed mesh data G (t) is the growth speed threshold α. Extracting a mesh cell having the above value and recognizing the position of the mesh cell as a position with a lightning risk,
The lightning position prediction method according to claim 3, further comprising:
前記成長速度メッシュデータU(t)の時間間隔Δt毎の履歴データから時系列に補間して将来の時間間隔Δt毎の時刻を外挿し、当該外挿結果を雲の前記運動ベクトルの予測値に基づいて位置を補正して時刻(t+xΔt)における成長速度予測値GF(t+xΔt)を演算する工程と、
雲頂高度予測値UF(t+xΔt) と成長速度予測値GF(t+xΔt)とから時間xΔt後の雲頂高度{F(t+xΔt)+ΣΔt・GF(t+xΔt)}を演算する工程と、
成長速度予測値GF(t+xΔt)に対して成長速度閾値α以上の値のメッシュセルを抽出する工程と、
時間xΔt後の雲頂高度が、成長初期高度閾値βまたは発達期高度閾値γよりも大きな値となるメッシュセルを抽出する工程と、
を有することを特徴とする請求項1記載の雷位置予測方法。 Calculating a future cloud top height predicted value UF (t + xΔt) obtained by assuming that the cloud has moved after time xΔt while maintaining the cloud top height as time xΔt obtained by multiplying the natural number x by the time interval Δt; ,
By interpolating in time series from the history data for each time interval Δt of the growth rate mesh data U (t), extrapolating the time for each future time interval Δt, and using the extrapolated result as the predicted value of the motion vector of the cloud Correcting the position based on the calculated value, and calculating a growth rate predicted value GF (t + xΔt) at time (t + xΔt);
Calculating a cloud top height {F (t + xΔt) + ΣΔt · GF (t + xΔt)} after time xΔt from the cloud top height predicted value UF (t + xΔt) and the growth rate predicted value GF (t + xΔt);
Extracting a mesh cell having a value equal to or higher than the growth rate threshold value α with respect to the growth rate prediction value GF (t + xΔt);
Extracting a mesh cell in which the cloud top height after time xΔt is greater than the initial growth height threshold β or the developmental height threshold γ;
The lightning position prediction method according to claim 1, further comprising:
前記雷位置予測装置は、
前記サーバから配信される雲メッシュデータK(t)と雲頂高度メッシュデータU(t)を受信する手段と、
観測の時間間隔Δtが経過する毎に時刻tまでで得られた雲メッシュデータK(t)の履歴に基づいて、時刻(t−Δt)から時刻tの間の雲の運動ベクトルをメッシュ毎に演算する手段と、
この雲の運動ベクトルを雲頂高度メッシュデータU(t−Δt)に投影させ、雲頂高度を保持しつつ時間間隔Δtの間に雲が移動したと仮定して得られる雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を演算する手段と、
雲頂高度メッシュデータU(t)から雲頂高度メッシュデータの推計値Uex(t)を引いた差値を時間間隔Δtで割った結果を雲の成長速度メッシュデータG(t)として演算する手段と、
を有することを特徴とする雷位置予測システム。
A lightning position prediction system that receives and analyzes information on weather regularly distributed from a server provided in a weather information distribution center, analyzes the lightning position prediction device, and predicts the position of lightning,
The lightning position prediction device
Means for receiving cloud mesh data K (t) and cloud top height mesh data U (t) distributed from the server;
Based on the history of cloud mesh data K (t) obtained up to time t each time the observation time interval Δt elapses, the cloud motion vector from time (t−Δt) to time t is determined for each mesh. Means for computing;
The cloud motion vector is projected onto the cloud top height mesh data U (t−Δt), and the estimated value Uex of the cloud top height mesh data obtained on the assumption that the cloud has moved during the time interval Δt while maintaining the cloud top height. means for calculating (t);
Means for calculating, as cloud growth rate mesh data G (t), a result obtained by dividing a difference value obtained by subtracting the estimated value Uex (t) of the cloud top altitude mesh data U (t) from the cloud top altitude mesh data U (t);
A lightning position prediction system comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005166163A JP4480630B2 (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Lightning position prediction method and lightning position prediction system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005166163A JP4480630B2 (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Lightning position prediction method and lightning position prediction system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006337347A JP2006337347A (en) | 2006-12-14 |
JP4480630B2 true JP4480630B2 (en) | 2010-06-16 |
Family
ID=37558017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005166163A Expired - Fee Related JP4480630B2 (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Lightning position prediction method and lightning position prediction system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4480630B2 (en) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4901638B2 (en) * | 2007-08-10 | 2012-03-21 | 中国電力株式会社 | Power transmission and distribution system to prevent power outages due to lightning accidents |
JP5090954B2 (en) * | 2008-02-13 | 2012-12-05 | 日本電信電話株式会社 | Lightning prediction device, method and program thereof |
JP5090955B2 (en) * | 2008-02-13 | 2012-12-05 | 日本電信電話株式会社 | Lightning prediction device, method and program thereof |
JP2009252940A (en) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Mitsubishi Electric Corp | Output prediction device for solar photovoltaic power generation system, and supply and demand control system using the same |
JP2009264943A (en) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Chubu Electric Power Co Inc | Lightning strike prediction device and lightning strike prediction method |
JP6077012B2 (en) * | 2013-01-09 | 2017-02-08 | 株式会社日立製作所 | Weather prediction method and apparatus, and power system control method and apparatus |
CN104049284B (en) * | 2014-05-29 | 2016-05-18 | 国家电网公司 | A kind of Lightning Location Method based on population Genetic Hybrid Algorithm |
CN106959475B (en) | 2016-01-08 | 2019-06-14 | 株式会社东芝 | Estimation device, estimation method and computer readable storage medium |
JP7165973B2 (en) * | 2017-11-28 | 2022-11-07 | 国立研究開発法人防災科学技術研究所 | Cumulonimbus prediction system |
JP6949332B2 (en) * | 2018-02-08 | 2021-10-13 | 国立研究開発法人防災科学技術研究所 | Lightning risk judgment device |
WO2020183862A1 (en) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | 株式会社 東芝 | Lightning estimation device, system, and method |
CN110806509B (en) * | 2019-11-29 | 2021-12-17 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | Lightning activity spatial feature detection method and device |
CN111223153A (en) * | 2020-01-03 | 2020-06-02 | 上海眼控科技股份有限公司 | Cloud top height calculation method and device, computer equipment and storage medium |
CN114019255B (en) * | 2022-01-10 | 2022-03-11 | 中科边缘智慧信息科技(苏州)有限公司 | Method and system for positioning and predicting thunderstorm center |
CN116739185B (en) * | 2023-08-09 | 2023-12-19 | 国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司 | Real-time lightning area prediction and line early warning method and system based on lightning energy |
KR102714820B1 (en) * | 2024-03-19 | 2024-10-11 | 대한민국 | Method and device for detecting radar-based stationary precipitation area using optical flow technique |
-
2005
- 2005-06-06 JP JP2005166163A patent/JP4480630B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006337347A (en) | 2006-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4480630B2 (en) | Lightning position prediction method and lightning position prediction system | |
Seeley et al. | The effect of global warming on severe thunderstorms in the United States | |
Zadra et al. | The next Canadian regional climate model | |
KR101761707B1 (en) | Typhoon surge automatic forecasting method using active data collection type script and numerical model | |
CN104169744A (en) | Using lightning data to generate proxy reflectivity data | |
KR101860742B1 (en) | Lightning risk analysis system and lightning risk analysis method using the same | |
EP2981854B1 (en) | Method and system for nowcasting precipitation based on probability distributions | |
US11493666B2 (en) | System and method for forecasting snowfall probability distributions | |
US20160328670A1 (en) | Predicting effects of climate change on supply chain performance | |
JP2019138737A (en) | Thunder risk determination device | |
TWI834735B (en) | Tsunami prediction apparatus, method, and recording medium | |
KR101870743B1 (en) | Tidal flat experience index forecasting apparatus and the method thereof | |
JP2006220445A (en) | Sandstorm prediction system and its sandstorm alarm issuance method | |
CN107957597B (en) | Method for extracting movement track and trend of thunder and lightning cluster | |
KR102566200B1 (en) | Apparatus and method of generating probability map that displays degree of risk according to moving path of moving object | |
JP2006242747A (en) | Air temperature prediction correction device | |
Frysinger et al. | A statistical sea-breeze prediction algorithm for Charleston, South Carolina | |
CN112162336A (en) | Visibility prediction method and device based on two-dimensional meteorological element field | |
JP5760268B2 (en) | Earthquake motion duration prediction system | |
KR101591012B1 (en) | Thunderstorm wind gust prediction apparatus and the method thereof | |
Forbis et al. | Mid-century climate change impacts on tornado-producing tropical cyclones | |
JP2005056279A (en) | Lightning warning device and program | |
Schüttemeyer et al. | Uncertainties in weather forecast–reasons and handling | |
CN116739185B (en) | Real-time lightning area prediction and line early warning method and system based on lightning energy | |
Ikbel et al. | Optimizing Sensor Node Placement for Forest Fire Prevention Using Clustering and Regression |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070808 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091119 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100309 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100316 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |