JP5727760B2 - 対流的気象によるエイビエイションの危険性検出のための方法およびシステム - Google Patents

Description

[0001]空中気象レーダは、エイビエイションにとって危険となることがある乱気流を発生させる対流的気象を特定するために使用される。検出は一般に、嵐のうちの選択された部分に存在する気象のレーダ反射率だけに基づいている。危険性の程度は、この反射率に関係するものと仮定される。しかし、これは、常に作成するのに有効な仮定というわけではない。

[0002]対流的気象セルが危険であるか否かの評価は、セルの垂直方向の発達量の評価によって、より適切に行われる。空中でのその垂直方向の範囲および降水量が大きく維持されるほど、垂直方向の気流速度が大きくなり、ひいては、エイビエイションにとって危険となる乱気流が発生する。したがって、対流的気象に起因する危険性の程度の評価を改善するために、対流の垂直方向の発達量を採り入れる必要がある。

[0003]本発明は、気象情報の出力を改善するためのシステムおよび方法を提供する。気象レーダシステムは、気象反射率値を受信する。処理装置は、受信された気象反射率値を３次元バッファ内に記憶し、３次元バッファ内のセル列に記憶された反射率値の和を計算し、計算の結果が第１の閾値を上回るとき、その列のセルに第１の危険性表示を割り当てる。表示装置は、３次元バッファ内に記憶されたデータに基づいて気象表示を行う。この気象表示は、３次元バッファのセルが気象表示用に選択されたとき、危険性表示に関係する表示アイコンを含む。

[0004]本発明の好ましく選択的な実施形態は、以下の図面を参照して以下に詳細に説明される。

本発明の実施形態により形成されるシステムの概略ブロック図である。 図１に示されたシステムによって実行される例示的な処理のフローチャートである。 図１に示されたシステムによって使用される３次元バッファの一部分の概略斜視図である。

[0008]図１は、改善されたレーダ戻り（エコー）波を提供する気象表示システム３０を含む航空機２０を示す。例示的な気象表示システム３０は、気象レーダシステム４０および表示部／インターフェイスフロントエンド３８を含み、別の航空機システム４６からの情報を受信する。表示部／インターフェイスフロントエンド３８は、プロセッサ４２、メモリ４３、表示装置４４、ユーザインターフェイス４８、およびデータベース３２を含む。レーダシステム４０の例は、レーダコントローラ５０（ユーザインターフェイス４８からの制御命令を受け取るように構成される）、送信機５２、受信機５４、およびアンテナ５６を含む。レーダコントローラ５０は、アンテナ５６を通して信号を送信および受信する送信機５２および受信機５４を制御する。気象レーダシステム４０および表示部／インターフェイスフロントエンド３８は、航空機システム４６に電子的に結合される。

[0009]レーダは、本明細書で信号と呼ばれる電磁エネルギパルスの伝送に依存する。アンテナ５６は、その信号パルスの伝送に狭めて焦点を合わせる。懐中電灯からの光と同様に、この狭い信号は、その経路内のいずれの対象物も照射し、照射された対象物は、電磁エネルギを反射させてアンテナに戻す。

[0010]反射率データは、雲や嵐などの気象対象物内に存在する、あるいは液体（雨など）および／または凍結液滴（雹、みぞれ、および／または雪など）を発生させる雲や嵐の近傍の領域内に存在する液体および／または凍結液滴によって反射されてレーダに戻るレーダ信号のその一部分に対応する。

[0011]レーダコントローラ５０は、送信された信号パルスがアンテナから対象物まで到達しアンテナ５６に戻るまでの遷移にかかる時間の長さに基づいて、アンテナに対する気象対象物までの距離を計算する。距離と時間との関係は、信号の速度が一定で真空中ではほぼ光速であるので、線形である。

[0012]本発明は、空中レーダを使用して気象のレーダ反射率の３次元分布を得て、垂直方向列において反射率の積分を行い、その積分を評価するために、システム３０を使用する。その結果は、乱気流危険性の程度の情報を航空機に提供する。気象レーダ検出の性質上、本発明は、乱気流危険度を示すことができる被分析列の上下の領域も特定する。対流的嵐の頂点は、実際には被検出頂点よりも上である可能性がある。なぜなら、反射率は、その範囲においてレーダで検出できるよりも低くなる可能性があるためである。このため、一実施形態は、レーダの限界のために危険性が被検出列を越えて多少延びる可能性を考慮するために、列の上下に多少のマージンを許容する。

[0013]本発明は、反射率の垂直方向積分を行うことを可能にする気象反射率の３次元分布の測定ができるレーダシステムを使用する。気象反射率の３次元分布の測定が可能であるレーダシステムの一例は、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．によって製造されているＩｎｔｕＶｕｅ（商標）である。

[0014]図２は、システム３０によって実行される例示的な処理８０のフローチャートである。最初にブロック８４において、プロセッサ４２によって、レーダ反射率値が受信され、メモリ４３内にある３次元バッファ内に記憶される。次に、ブロック８６において、３次元バッファ内のセル列に記憶された反射率値の和が計算される。別の実施形態において、列の値の積分が行われる。システム３０は、それぞれがある指数で累乗される反射率値と高度との積を垂直方向に積分する。

[0015]一実施形態において、その積分の近似が

によって行われる。
[0016]ここで、Ｚ_ｉは列のｉ番目のセルの反射率であり、ｈ_ｉは列のｉ番目のセルの高度であり、Ｎは３Ｄバッファ内の列内のセル数であり、Δｈはバッファセルの垂直方向寸法である。ａ＝１およびｂ＝０が指数値として使用されるとき、これは、反射率の連続垂直方向積分（すなわち、ＶＩＲ）そのものである。地上からのレーダデータを使用してこれまでに生成された量である垂直方向被積分液体（ＶＩＬ）を計算するために、ｂ＝０、ａ＝４／７が使用され、その結果に３．４４ｅ−６の係数をかける。この係数および４／７の指数は、気象反射率と、ｋｇ／ｍ^３の単位を有する雲水量（ＬＷＣ）との間のベキ法則関係より選ばれる。

[0017]別の実施形態において、ａ＝４／７、ｂ＝１が指数値として使用される。これは、結果を位置エネルギのようなものに変換する。高度（ｈ）に打ち上げられた質量（ｍ）の位置エネルギは、ＰＥ＝ｍｇｈによって与えられ、ここでｇは重力加速度である。したがって、反射率がＬＷＣ（質量と同様の量である）の高度倍に変換されるとき、その結果は、垂直方向運動が水を大気中に打ち上げるのに消費したエネルギに比例する。より大きいエネルギの垂直方向運動は、より大きいエネルギの乱気流を発生させるものと予想される。

[0018]判定ブロック８８において、プロセッサ４２は、ブロック８６で実行された動作の結果が第１の閾値を上回るか否かを判定する。その結果が第１の閾値を上回る場合、第１の形式の危険性アイコンが生成され、表示装置４４上に表示される。ブロック９０を参照されたい。ブロック９０の後、処理８０は、分析のために次の列に進む。ブロック９４、８６を参照されたい。その結果が第１の閾値を上回らない場合、プロセッサ４２は、その結果が第２の閾値を上回るか否かを判定する。判定ブロック９８を参照されたい。判定ブロック９８の後の動作は、第２の閾値を上回る場合に第２の形式の危険性アイコンが出力されることを除いて、判定ブロック８８の後の動作と同様である。

[0019]一実施形態において、第１および第２の形式は、危険性が「中危険度」（黄色など）または「高危険度」（赤色など）の危険性のいずれであるかを示す。その他の危険性表示（色、幾何学的形状）、ならびに２種類よりも多い危険性を使用することもできる。

[0020]図３は、３次元バッファ１２０の一部分の概略斜視図である。バッファ１２０は、上述のように分析されて、第１の閾値よりも大きいと判定されたセル列１２６を含む。列１２６内のセルは、対応する危険性標識と関係づけられる。列１２６のセルのいずれかが表示用に選択されるとき、危険性標識と関係する危険性アイコンは、表示装置４４上のセル位置に基づいて表示される。

[0021]一実施形態において、３次元バッファは、特定の緯度／経度位置における様々なレーダ掃引からの値を記憶するための、または特定の緯度／経度位置におけるレーダ掃引からの値をその位置における以前の値の総和に単に加えるための従来のバッファに置き換えられる。

[0022]反射率値は、航空機以外の発生源（たとえば、他の航空機、地上気象システムなど）から得ることができる。

２０ 航空機
３０ 気象表示システム
３８ 表示部／インターフェイスフロントエンド
４０ 気象レーダシステム
８０ 処理
１２０ ３次元バッファ
１２６ セル列

Claims (3)

1. 処理装置において、
   ａ）気象レーダ反射率値を受信し、前記気象レーダ反射率値を３次元バッファに記憶するステップであって、前記３次元バッファは複数のセル列を備え、各セル列はそれぞれの緯度／経度位置に関係し、各セルは高度成分に関係する、ステップと、
   ｂ）前記受信された気象レーダ反射率値に基づいて値を生成するステップであって、前記値を生成するステップは、前記３次元バッファの列について、
   前記列の各セルについて、当該セルに記憶された前記気象レーダ反射率値と、前記関係する高度成分と、当該セルの垂直方向寸法との積であって、前記気象レーダ反射率値と前記関係する高度成分が既定の指数で累乗された積を計算するステップと、
   前記列のすべてのセルについて前記積を積算するステップと、
   を含む、ステップと、
   ｃ）前記３次元バッファの１または複数の列のうち前記生成された値が第１の閾値を上回る列のセルに対して第１の危険性表示を割り当てるステップと、
   前記処理装置に結合された表示装置において、
   ｄ）前記第１の危険性表示を表示するステップと
   を含む方法。
2. 気象レーダ反射率値を受信するように構成された気象レーダシステムと、
   ３次元バッファを備えたメモリであって、前記３次元バッファは複数のセル列を備え、各セル列はそれぞれの緯度／経度位置に関係し、各セルは高度成分に関係する、メモリと、
   前記受信された気象レーダ反射率値を前記３次元バッファに記憶し、前記受信された気象レーダ反射率値に基づいて値を生成し、前記３次元バッファの１または複数の列のうち前記生成された値が第１の閾値を上回る列のセルに対して第１の危険性表示を割り当てるように構成された処理装置と、
   前記第１の危険性表示を表示するように構成される表示装置と
   を備え、
   前記処理装置は、前記３次元バッファの列について、少なくとも、
   前記列の各セルについて、当該セルに記憶された前記気象レーダ反射率値と、前記関係する高度成分と、当該セルの垂直方向寸法との積であって、前記気象レーダ反射率値と前記関係する高度成分が既定の指数で累乗された積を計算し、
   前記列のすべてのセルについて前記積を積算する
   ことによって前記値を生成するように構成される、
   システム。
3. 前記３次元バッファ内のその他の列においてａ）〜ｄ）を繰り返すステップと、
   前記処理装置によって、前記列について生成された値が第２の閾値を上回るとき、前記列の前記セルに第２の危険性表示を割り当てるステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。

Images