JP4818079B2 - Weather forecast data analysis apparatus and weather forecast data analysis method - Google Patents
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Description
この発明は、気象予測システムから出力される予測データを解析する気象予測データ解析装置及び気象予測データ解析方法に関する。 The present invention relates to a weather prediction data analysis apparatus and a weather prediction data analysis method for analyzing prediction data output from a weather prediction system.
従来の気象予測システムでは、気象レーダ等で得られる観測データや気象庁から提供されるGPV(Grid Point Value)データ等を用いて大気の流れを計算することで気象予測を行っている。気象予測情報は、人々にとって身近であると同時に、台風や集中豪雨等のように生命や財産に関わる重要な情報であるため、予測データの信頼性の向上が図られている。例えば、観測データを取得する時間間隔が長い場合でも、予測データの精度を継続的に維持できるようにする手法が提案されている(例えば、特許文献1又は2を参照。)。
ところが、気象予測情報は、あくまでも予測に過ぎず、時間的・空間的ずれを伴う不確実性を有する。しかし、予測情報の価値は存在する。例えば、集中豪雨の発生の可能性が事前に予測されていれば、たとえその可能性が低くとも十分に価値のある情報となる。つまり、気象予測情報の提供の仕方が価値を左右するのであり、提供手法にこそ問題点が存在する。 However, the weather prediction information is only a prediction, and has uncertainties accompanied by temporal and spatial deviations. However, the value of prediction information exists. For example, if the possibility of the occurrence of torrential rain is predicted in advance, the information is sufficiently valuable even if the possibility is low. In other words, the way of providing weather forecast information determines the value, and there is a problem in the providing method.
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、気象現象による様々な影響を判断する上で的確な指標を提供することが可能な気象予測データ解析装置及び気象予測データ解析方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and its object is to provide a weather prediction data analysis apparatus and a weather prediction capable of providing an accurate index for judging various effects due to weather phenomena. It is to provide a data analysis method.
上記目的を達成するためにこの発明に係わる気象予測データ解析装置は、気象観測データと、前記気象観測データをもとに気象予測モデルに基づいて演算された気象予測データとを取得する取得手段と、特定の気象現象について複数の気象判定要素の依存関係における条件付確率を表す条件付確率表(CPT:Conditional Probability Table)を記憶する記憶手段と、前記取得された気象予測データと気象観測データとをもとに複数の気象判定要素についてそれぞれ判定する判定手段と、前記判定された各気象判定要素の判定結果をもとに前記条件付確率表に基づいて前記特定の気象現象の生起確率を算出する確率算出手段と、前記算出された生起確率が閾値を超えた場合に前記特定の気象現象の確率情報を通知する通知手段とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a weather prediction data analysis apparatus according to the present invention includes weather observation data and acquisition means for acquiring weather prediction data calculated based on a weather prediction model based on the weather observation data; Storage means for storing a conditional probability table (CPT) representing a conditional probability in a dependency relationship of a plurality of weather judgment elements for a specific weather phenomenon; and the obtained weather forecast data and weather observation data; And determining means for determining each of a plurality of weather determination elements, and calculating the occurrence probability of the specific weather phenomenon based on the conditional probability table based on the determination result of each of the determined weather determination elements And a notification means for notifying the probability information of the specific weather phenomenon when the calculated occurrence probability exceeds a threshold value. To.
また、気象予測データ解析方法は、気象観測データと、前記気象観測データをもとに気象予測モデルに基づいて演算された気象予測データとを取得し、特定の気象現象について複数の気象判定要素の依存関係における条件付確率を表す条件付確率表を記憶し、前記取得された気象予測データと気象観測データとをもとに複数の気象判定要素についてそれぞれ判定し、前記判定された各気象判定要素の判定結果をもとに前記条件付確率表に基づいて前記特定の気象現象の生起確率を算出し、前記算出された生起確率が閾値を超えた場合に前記特定の気象現象の確率情報を通知することを特徴とする。 Further, the weather prediction data analysis method obtains weather observation data and weather prediction data calculated based on a weather prediction model based on the weather observation data, and a plurality of weather determination elements for a specific weather phenomenon. A conditional probability table representing conditional probabilities in the dependency relationship is stored, a plurality of weather determination elements are determined based on the acquired weather prediction data and weather observation data, and each of the determined weather determination elements is determined. Based on the determination result, the occurrence probability of the specific weather phenomenon is calculated based on the conditional probability table, and the probability information of the specific weather phenomenon is notified when the calculated occurrence probability exceeds a threshold value It is characterized by doing.
上記構成による気象予測データ解析装置及び気象予測データ解析方法では、特定の気象現象について複数の気象判定要素の依存関係における条件付確率を表す条件付確率表を有する。そして、気象予測モデルに基づいて演算された気象予測データ及び観測データをもとに各気象判定要素についてそれぞれ判定し、この判定結果をもとに条件付確率表に基づいて特定の気象現象となる確率を算出している。このようにすることで、例えば、水害等のような危険を引き起こす豪雨となる確率を通知することができるため、気象現象による様々な影響を判断をする上で、的確な指標を提供することが可能となる。 The weather prediction data analysis apparatus and the weather prediction data analysis method configured as described above have a conditional probability table that represents conditional probabilities in the dependency relationships of a plurality of weather determination elements for a specific weather phenomenon. Each weather determination element is determined based on the weather prediction data and observation data calculated based on the weather prediction model, and a specific weather phenomenon is obtained based on the conditional probability table based on the determination result. Probability is calculated. In this way, for example, it is possible to notify the probability of a heavy rain that causes a hazard such as flood damage, etc., so that it is possible to provide an accurate index in determining various effects due to weather phenomena It becomes possible.
したがってこの発明によれば、気象現象による様々な影響を判断する上で的確な指標を提供することが可能な気象予測データ解析装置及び気象予測データ解析方法を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a weather prediction data analysis apparatus and a weather prediction data analysis method capable of providing an accurate index for judging various effects due to weather phenomena.
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、この発明に係わる気象予測システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。この気象予測システムは、ネットワークNTを介して気象庁データサーバDS0、及びレーダサイトサーバDS1,DS2に接続されている。気象予測システムは、ネットワークNTと接続される通信インターフェース12と、通信処理部11と、観測データ格納部13と、気象予測モデル演算部14と、予測データ格納部15と、予測データ解析部16と、データ判定/配信部17とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a weather prediction system according to the present invention. This weather prediction system is connected to the Japan Meteorological Agency data server DS0 and radar site servers DS1, DS2 via a network NT. The weather prediction system includes a
通信処理部11は、気象庁データサーバDS0やレーダサイトサーバDS1,DS2から気象予測のもとになる観測データ・予測データ(GPVデータ)を通信インターフェース12によりネットワークNTを介して入手する。通信処理部11で入手された気象観測データは、観測データ格納部13に格納され、気象予測モデル演算部14からの要求に応じて選択的に気象予測モデル演算部14に送られる。
The
気象予測モデル演算部14は、気象予測のもととなるデータが観測データ格納部13に格納されると起動し、気象予測演算を行う。求められた気象予測データは予測データ格納部15に記憶される。また、観測データ格納部13に新たな観測データが入力されると、気象予測モデル演算部14は再び起動し、観測と予測のズレを補正するために気象予測演算を再実行する。
The weather prediction
さらに、気象予測モデル演算部14から出力される予測値は予測データ解析部16に入力される。予測データ解析部16は、特定の気象現象について複数の気象判定要素の依存関係における条件付確率を表す条件付確率表(CPT:Conditional Probability Table)を保持している。予測データ解析部16は、この条件付確率表に基づいて、入力された予測値をもとに特定の気象現象の確率値を算出する。確率算出処理の詳細は後述する。算出された確率値はデータ判定/配信部17に供給され、必要に応じて確率情報に変換されたのち電子メール等によりユーザに通知される。
Further, the prediction value output from the weather prediction
次に、この発明の特徴となる予測データ解析部16の動作について説明する。
確率算出処理には、ベイジアンネットワーク(Bayesian Network)の手法を用いる。ベイジアンネットワークとは、不確かな出来事の連鎖について、確率の相互作用を集計する手法であり、「不確実性を扱うための計算モデル」として、認知科学やデータ・マイニング等に応用が広がっている。本発明におけるベイジアンネットワークの例を図2に示す。なお、本実施形態では、一例として豪雨の発生確率を求めるものとする。
Next, the operation of the prediction
For the probability calculation process, a Bayesian Network method is used. A Bayesian network is a method of counting the interaction of probabilities for a chain of uncertain events, and its application is spreading to cognitive science, data mining, etc. as a “computation model for handling uncertainty”. An example of a Bayesian network in the present invention is shown in FIG. In the present embodiment, the occurrence probability of heavy rain is obtained as an example.
任意の判定領域・時刻において、(1)気象予測モデルで豪雨が予測されているか否かを判定すると同時に、気象予測モデルの豪雨予測が時間的・空間的にズレたりするなどの気象予測モデルが持つ不確実性を考慮し、(5)豪雨となる確率を算出する。このために、例えば、次の各ノード(2)〜(4)の判定を行う。 In any judgment area / time, (1) it is judged whether or not heavy rain is predicted by the weather forecast model, and at the same time, the weather forecast model such as the heavy rain forecast of the weather forecast model is shifted in time and space. (5) Calculate the probability of torrential rain. For this purpose, for example, the following nodes (2) to (4) are determined.
(2)周辺領域に豪雨が存在するかどうか
判定時刻において、判定領域周辺の気象レーダ観測データを探索し、判定領域に接近しそうな豪雨が存在するか否かを判定する。
(2) Whether there is heavy rain in the surrounding area
At the determination time, the meteorological radar observation data around the determination area is searched to determine whether there is heavy rain that is likely to approach the determination area.
(3)予測大気の状態が不安定かどうか
一般的に局地的豪雨が降る際には、大気状態としては大局的に不安定な場合が多い。このような場合、気象予測モデルは他の様々な要因も含めて計算するものの、位置や時間のズレを起こすことがある。よって、気象予測モデルで予測した大気状態が不安定か否かを判定することで、判定領域に豪雨をもたらす可能性があるかどうかを判定し、この判定結果を豪雨確率を算出する判断材料とする。具体的には、判定領域に豪雨を予測しない場合でも、大気状態が不安定であれば豪雨確率は高くなる。また、判定領域に豪雨を予測した場合でも、全体大気場としては不安定ではなければ豪雨確率は低くなる。
(3) Whether the predicted atmospheric conditions are unstable
Generally, when local heavy rain falls, the atmospheric state is often unstable globally. In such a case, although the weather prediction model is calculated including various other factors, the position and time may be shifted. Therefore, by determining whether the atmospheric state predicted by the weather prediction model is unstable, it is determined whether there is a possibility of heavy rain in the determination region, and this determination result is used as a determination material for calculating the heavy rain probability. To do. Specifically, even if heavy rain is not predicted in the determination region, the heavy rain probability is high if the atmospheric state is unstable. Even if heavy rain is predicted in the determination area, the probability of heavy rain is low unless the entire atmosphere is unstable.
(4)気象予測モデルの精度が高いかどうか
気象予測モデルの精度は日々変化する。つまり予測が当たる日も当たらない日もある。たとえ判定領域に豪雨を予測したとしても、その日の予測精度が悪ければその豪雨予測はあてにならない。この特徴を加味することで、判定領域の豪雨確率算出の判断材料とする。この判定の際には、気象予測データのうちの降雨データと気象レーダデータを用いる。
(4) Whether the accuracy of the weather forecast model is high
The accuracy of weather forecast models changes from day to day. In other words, there are days when the prediction is true and not. Even if heavy rain is predicted in the judgment area, if the prediction accuracy of the day is bad, the heavy rain prediction is not reliable. By taking this feature into consideration, it becomes a judgment material for calculating the heavy rain probability in the judgment area. In this determination, rainfall data and weather radar data in the weather forecast data are used.
上記(1)〜(4)については、判定時刻にそれぞれ判定可能なエビデンスノードであり、各判定結果により、図3の条件付確率表に対応した確率値により、豪雨確率が決定される。また、エビデンスノードが決まらない場合でも、図4の各ノードの確率表と上記条件付確率表を用いて、ベイズの定理を用いた計算処理により豪雨確率値が決定される。 The above (1) to (4) are evidence nodes that can be determined at the determination time, and the heavy rain probability is determined based on the probability value corresponding to the conditional probability table of FIG. Even if the evidence node is not determined, the heavy rain probability value is determined by the calculation process using the Bayes' theorem using the probability table of each node and the conditional probability table of FIG.
このように算出された豪雨確率値は、データ判定/配信部17において、所定の閾値以上であると判定された場合に、確率情報として電子メール等でユーザに通知される。図5にデータ判定/配信部17により配信される確率情報の一例を示す。また、予測データ解析部16は、気象予測モデル演算部14により演算される予測データが持つ予測時間分について、任意の時間幅で判定することができる。例えば、図5に示したように1時間以内、3時間以内、12時間以内といった確率が算出可能である。
The heavy rain probability value calculated in this manner is notified to the user by e-mail or the like as probability information when it is determined by the data determination /
以上述べたように上記実施形態では、予測データ解析部16は、特定の気象現象(例えば、豪雨)について複数の気象判定要素の依存関係における条件付確率を表す条件付確率表を保持している。予測データ解析部16は、気象観測データと、気象予測モデル演算部14により演算された気象予測データを取得し、取得された気象予測データと気象観測データとをもとに複数の気象判定要素についてそれぞれ判定する。判定された各気象判定要素の判定結果をもとに条件付確率表に基づいて豪雨となる確率を算出する。データ判定/配信部17は、算出された豪雨となる確率が閾値を超えた場合に、豪雨となる確率情報を通知する。
As described above, in the above-described embodiment, the prediction
したがって上記実施形態によれば、気象予測データの不確実性をできるだけ排して、気象現象による様々な影響を判断をする上で、的確な指標を提供することが可能となる。例えば、豪雨となる確率を通知することで、住民の避難誘導や、ダム放水の運用・都市下水道のポンプ場運転など、気象現象の危険度判断を必要としているユーザに対し、判断を支援する価値の高い情報を提供することができる。 Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to provide an accurate index for judging various effects due to weather phenomena while eliminating uncertainty of weather forecast data as much as possible. For example, by notifying the probability of heavy rain, the value of supporting the judgment for users who need to judge the risk of weather phenomena, such as evacuation guidance for residents, operation of dam water discharge, and operation of pumping stations in urban sewers High information can be provided.
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、一例として豪雨となる確率値の算出法を記述したが、この他にも、例えば、土砂災害等をもたらす積算降雨量等の確率値の算出にも適用することができる。上述した(1)〜(4)の判定は、数値データを用いてそれぞれの閾値と比較して行っている。この閾値の値を変更することで、「強雨」や「降水有」等の確率値を簡単に算出することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment. In the above-described embodiment, the calculation method of the probability value of heavy rain is described as an example, but it can also be applied to the calculation of the probability value of the integrated rainfall amount that causes a sediment disaster, for example. The determinations (1) to (4) described above are made by using numerical data and comparing with each threshold value. By changing the threshold value, it is possible to easily calculate probability values such as “strong rain” and “precipitation”.
また、上記示したベイジアンネットワークはあくまで一例であり、他のベイジアンネットワークの構築により「風」「風雨」「大雪」等の気象防災に関わる確率値を算出することももちろん可能である。但し、予測したい事象に対して、その裏づけとなる事象をノードに含める点は同様とする。さらに、実際に得られた気象観測データを用いて条件付確率表を更新するようにしてもよい。このようにすることで、より的中率の高い確率値を算出することが可能となる。 The Bayesian network shown above is merely an example, and it is of course possible to calculate probability values related to weather disaster prevention such as “wind”, “wind / rain”, and “snowfall” by constructing other Bayesian networks. However, it is the same in that an event that supports the event to be predicted is included in the node. Furthermore, you may make it update a conditional probability table | surface using the weather observation data actually obtained. In this way, it is possible to calculate a probability value with a higher hit rate.
要するにこの発明は、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。 In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
11…通信処理部、12…通信インターフェース、13…観測データ格納部、14…気象予測モデル演算部、15…予測データ格納部、16…予測データ解析部、17…データ判定/配信部、NT…ネットワーク、DS0…気象庁データサーバ、DS1,DS2…レーダサイトデータサーバ。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記気象観測データをもとに気象予測モデルに基づいて特定の気象現象に関する気象予測データを演算する演算手段と、
前記特定の気象現象について複数の気象判定要素の依存関係における条件付確率を表す条件付確率表(CPT:Conditional Probability Table)を記憶する記憶手段と、
前記気象予測データと前記気象観測データとをもとに前記複数の気象判定要素について真偽をそれぞれ判定する判定手段と、
前記判定された各気象判定要素の判定結果をもとに前記条件付確率表に基づいて前記特定の気象現象の生起確率を算出する確率算出手段と、
前記算出された生起確率が閾値を超えた場合に前記特定の気象現象の確率情報を通知する通知手段と
を具備し、
前記気象判定要素は、前記気象予測モデルが起こす時間的・空間的なズレを考慮して定めることを特徴とする気象予測データ解析装置。 An acquisition means for acquiring weather observation data;
A computing means for computing weather forecast data relating to a specific weather phenomenon based on a weather forecast model based on the weather observation data;
Storage means for storing: (Conditional Probability Table CPT), the conditional probability table representing the conditional probability in dependence of a plurality of meteorological determination factors for the particular weather phenomena
Respectively determining means for authenticity for the plurality of meteorological determination elements on the basis of said meteorological data and the weather forecast data,
Probability calculation means for calculating the occurrence probability of the specific weather phenomenon based on the conditional probability table based on the determination result of each determined weather determination element;
Notification means for notifying the probability information of the specific weather phenomenon when the calculated occurrence probability exceeds a threshold ,
The weather prediction data analysis apparatus , wherein the weather determination element is determined in consideration of a temporal and spatial shift caused by the weather prediction model .
前記気象観測データをもとに気象予測モデルに基づいて特定の気象現象に関する気象予測データを演算し、
前記特定の気象現象について複数の気象判定要素の依存関係における条件付確率を表す条件付確率表を記憶し、
前記気象予測データと前記気象観測データとをもとに前記複数の気象判定要素について真偽をそれぞれ判定し、
前記判定された各気象判定要素の判定結果をもとに前記条件付確率表に基づいて前記特定の気象現象の生起確率を算出し、
前記算出された生起確率が閾値を超えた場合に前記特定の気象現象の確率情報を通知し、
前記気象判定要素は、前記気象予測モデルが起こす時間的・空間的なズレを考慮して定めることを特徴とする気象予測データ解析方法。 Get the weather observation data,
Calculate weather forecast data related to a specific weather phenomenon based on the weather forecast model based on the weather observation data,
Storing the conditional probability table representing the conditional probability in dependence of a plurality of meteorological determination factors for the particular weather events,
The authenticity determining respective for the plurality of meteorological determination factors based on said weather forecast data of said meteorological data,
Calculate the occurrence probability of the specific weather phenomenon based on the conditional probability table based on the determination result of each determined weather determination element,
Notifying the probability information of the specific weather phenomenon when the calculated occurrence probability exceeds a threshold ,
The weather prediction data analysis method , wherein the weather determination element is determined in consideration of a temporal and spatial shift caused by the weather prediction model .
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