JP6297037B2 - 気象情報処理装置、気象レーダシステムおよび気象情報処理方法 - Google Patents
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Description
好ましくは、気象情報処理装置は、さらに、検出された雨雲の位置、雨雲の3次元速度および雨雲の特性の少なくとも1つに基づいて、降水を予測する降水予測部を備える。
好ましくは、第1、第2、第3のレーダは2つの単一偏波レーダと、1つの二重偏波レーダからなる。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の気象レーダシステムを構成するレーダの配置を表わす図である。
である。図3に示すように、平面アンテナ2は、水平方向に一回転するごとに、仰角を変更させて、同様の回転走査を行なう。
図4に示すように、二重偏波ドップラレーダ20は、パラボラアンテナ12と、アンテナ制御部13と、送受切替器14と、送信部15と、受信信号処理部16と、ネットワーク通信部17と、電源制御部18とを備える。
波ドップラレーダ1aからレーダ反射因子Za(αa(i),βa(i),da(j))を表わす信号および動径方向の速度Va(αa(i),βa(i),da(j))を表わす信号を受信し、単一偏波ドップラレーダ1bからレーダ反射因子Zb(αb(i),βb(i),db(j))を表わす信号および動径方向の速度Vb(αb(i),βb(i),db(j))を表わす信号を受信する。ただし、i=1〜N、j=1〜Mである。雨雲検出部23は、レーダ反射因子Za(αa(i),βa(i),da(j))から降雨強度Ra(αa(i),βa(i),da(j))を算出し、レーダ反射因子Zb(αb(i),βb(i),db(j))から降雨強度Rb(αb(i),βb(i),db(j))を算出する。
を通じて気象情報処理装置50へ送信する。
j)(j=1〜M,0<dc(j)≦r1)での水平偏波のレーダ反射因子Zch(αcl,βc(i),dc(j))および垂直偏波のレーダ反射因子Zcv(αcl,βc(i),dc(j))を表わす信号をネットワーク通信部17およびネットワーク9cを通じて気象情報処理装置50へ送信する。
ステップS105において、雨雲検出部23は、ステップS103において降雨強度RaまたはRbが所定値以上となった位置における動径方向の速度Vaおよび動径方向の速度Vbから得られる雨雲の2次元速度を用いて雨雲の現在の位置を予測したが、雨雲の速度に対して、レーダ1a,1bの走査速度が速い場合には、動径方向の速度Vaおよび動径方向の速度Vbから得られる雨雲の2次元速度を用いなくても、雨雲の現在の位置を検出することができる。
図12は、第2の実施形態の雨雲の検出および雨雲の特性検出の手順を表わす図である。
波ドップラレーダ1aからレーダ反射因子Za(αa(i),βa(i),da(j))を表わす信号および動径方向の速度Va(αa(i),βa(i),da(j))を表わす信号を受信する。ただし、i=1〜N、j=1〜Mである。雨雲検出部23は、レーダ反射因子Za(αa(i),βa(i),da(j))から降雨強度Ra(αa(i),βa(i),da(j))を算出する。
また、気象情報処理装置50のレーダ制御部22は、1台の単一偏波ドップラレーダ1bの平面アンテナ2をCAPPI走査させる信号をネットワーク通信部21およびネットワーク9bを通じて単一偏波ドップラレーダ1bへ送信する。
2のCAPPI走査を開始する。二重偏波ドップラレーダ20の受信信号処理部16は、時刻i=1〜Nについてのパラボラアンテナ12の回転角αc(i)(0≦αc(i)<360)、仰角βc(i)(βS≦βc(i)≦βL)における、パラボラアンテナ12からの距離dc(j)(j=1〜M,0<dc(j)≦r1)での水平偏波のレーダ反射因子Zch(αc(i),βc(i),dc(j))、垂直偏波のレーダ反射因子Zcv(αc(i),βc(i),dc(j))、および動径方向の速度Vc(αc(i),βc(i),dc(j))を表わす信号をネットワーク通信部17およびネットワーク9cを通じて気象情報処理装置50へ送信する。
以上のように、本実施の形態によれば、1台の単一偏波ドップラレーダを走査させて雨雲の位置を検出し、2台の単一偏波ドップラレーダと二重偏波ドップラレーダを走査させて検出した雨雲の3次元速度を検出して雨雲を追尾する。さらに、二重偏波ドップラレーダを走査させて雨雲の特性を検出する。したがって、安価かつ短時間に、雨雲の正確な位置を検出し、かつ雨雲の特性を検出することができる。
図13は、第3の実施形態の気象レーダシステムを構成するレーダの配置を表わす図である。
ーダ1cと、二重偏波ドップラレーダ20は、異なる地点に分散して配置される。これらのレーダ1a,1b,1c,10は、小型であり、たとえばビルの屋上などの狭い場所に設置することが可能である。これらのレーダ1a,1b,1cは同一直線上に配置されない。また、これらのレーダ1a,1b,1c,20のアンテナは単一素子である。
処理装置50へ送信する。
を表わす信号を受信する。ただし、i=1〜N、j=1〜Mである。
以上のように、本実施の形態によれば、3台の単一偏波ドップラレーダを走査させて雨雲の位置を検出し、3台の単一偏波ドップラレーダを走査させて検出した雨雲の3次元速度を検出して雨雲を追尾する。さらに、二重偏波ドップラレーダを走査させて雨雲の特性を検出する。したがって、安価かつ短時間に、雨雲の正確な位置を検出し、かつ雨雲の特性を検出することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、以下のような変形例も含む。
本発明の第3の実施形態では、二重偏波のレーダがドップラレーダとして説明したが、これに限定するものではない。二重偏波のレーダは、速度を検出する機能を持たないレーダであってもよい。
本発明の実施形態では、降雨強度が所定値以上の場合に雨雲が存在すると判断したが、これに限定するものではない。たとえば、降雨強度が所定値以上である連続した塊が存在する場合に、雨雲が存在すると判断することとしてもよい。
本発明の実施形態において、複数の雨雲が検出された場合に、そのうちの降雨強度が最大の雨雲を追尾および特性を検出する雨雲として選別することとしてもよい。
本発明の実施形態では、水平偏波のレーダ反射因子、垂直偏波のレーダ反射因子、水平偏波のレーダ反射因子と垂直偏波のレーダ反射因子の差または比、水平偏波のレーダ反射因子と垂直偏波のレーダ反射因子の相関係数、および伝搬位相差変化率を用いて、降水粒子の特性を判定したが、これに限定するものではない。これらのうちの一部のみを用いたり、あるいはその他の特徴量を用いて、降水粒子の特性を判定するものとしてもよい。
本発明の実施形態では、降水が発生すると予測した場合には、さらに降水の種類、降水時刻、および降水地点を予測したが、これに限定するものではない。上記のうち一部のみを予測するものとしてもよく、あるいはさらに降水量を予測するものとしてもよい。降水量は、たとえば降雨強度などから予測することができる。
本発明の実施形態によって判定された雨雲の位置および降水粒子の特性、および予測された降水発生の有無、降水の種類、降水時刻、降水地点、降水量は、気象情報処理装置と接続され、監視員が視認できる位置に設置された表示装置に表示するものとしてもよい。また、予測結果は、河川の氾濫や土砂崩れなどの予測のために、防災情報システムへ送信するものとしてもよい。
本発明の第1の実施形態では、1つの二重偏波ドップラレーダと、2つの単一偏波ドップラレーダを設けたが、これに限定するものではない。3つの二重偏波ドップラレーダを設けるものとしてもよい。
本発明の実施形態では、気象情報処理装置は、二重偏波ドップラレーダまたは二重偏波ドップラレーダとネットワークを通じて接続されるものとしたが、これに限定するものではない。気象情報処理装置が、二重偏波ドップラレーダまたは二重偏波ドップラレーダと一体化されているものとしてもよい。
本発明の実施形態では、各レーダ内の受信信号処理が、受信信号からレーダ反射因子および動径方向の速度を生成したが、これに限定するものではない。たとえば、気象情報処理装置側で受信信号からレーダ反射因子および動径方向の速度を算出することとしてもよい。
本発明の実施形態で得られた3次元速度は、たとえば以下のようにして、降水予測に用いることができる。隣接する複数の領域で3次元速度の向きが一致している場合には、それらの複数の領域で構成される雨雲が将来さらに発達する可能性が高いと予測し、隣接する複数の領域で3次元速度の向きが異なる場合には、それらの複数の領域で構成される雨雲が将来消失する可能性が高いと予測することとしてもよい。
本発明の第1の実施形態では、雨雲のサーチ時には、二重偏波ドップラレーダが低消費電力状態に設定され、2台の単一偏波ドップラレーダのアンテナをCAPPI走査させることにしたが、これに限定するものではない。1台の二重偏波ドップラレーダと2台の単一偏波ドップラレーダのアンテナをCAPPI走査させて、雨雲をサーチすることとしてもよい。
Claims (20)
- 異なる位置に配置された単一偏波レーダおよび二重偏波レーダを含む少なくとも第1、第2、および第3のレーダからの重複領域に送信された信号に基づいて、前記重複領域内にある雨雲の位置と前記雨雲の3次元速度を検出する雨雲検出部と、
前記二重偏波レーダからの信号に基づいて、前記雨雲の特性を検出する雨雲特性検出部とを備える気象情報処理装置。 - 前記雨雲検出部は、前記雨雲の3次元速度を利用して、前記雨雲を追尾する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記雨雲特性検出部は、前記第3のレーダからの信号に基づいて、前記雨雲の特性を検出し、
前記第1のレーダおよび前記第2のレーダは単一偏波レーダであり、
前記第3のレーダは、二重偏波レーダである、請求項1記載の気象情報処理装置。 - 前記雨雲検出部は、前記第1、第2、および第3のレーダのアンテナをCAPPI方式で走査させて得られる信号に基づいて雨雲の位置と雨雲の3次元速度を検出する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記雨雲特性検出部は、前記二重偏波レーダのアンテナをRHI走査させて得られる信号に基づいて、雨雲の特性を検出する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記雨雲検出部は、前記第1のレーダおよび前記第2のレーダのアンテナを走査させて得られる信号に基づいて雨雲の位置を検出し、前記第1のレーダ、前記第2のレーダ、および前記第3のレーダのアンテナを走査させて、各レーダで得られる前記雨雲の位置での速度成分を合成することによって、前記雨雲の3次元速度を検出する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記雨雲検出部は、前記第1のレーダおよび前記第2のレーダのアンテナを走査させて得られる信号に基づいて雨雲の位置および2次元速度を検出し、前記雨雲の2次元速度に基づいて雨雲の移動後の位置を予測し、前記第1のレーダ、前記第2のレーダ、および前記第3のレーダのアンテナを走査させて、各レーダで得られる前記予測した雨雲の位置での速度成分を合成することによって、前記雨雲の3次元速度を検出する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記雨雲検出部は、前記第1のレーダのアンテナを走査させて得られる信号に基づいて雨雲の位置を検出し、前記第1のレーダ、前記第2のレーダおよび前記第3のレーダのアンテナを走査させて、各レーダで得られる前記雨雲の位置での速度成分を合成することによって、前記雨雲の3次元速度を検出する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記気象情報処理装置は、さらに、
前記第1のレーダおよび前記第2のレーダからの信号によって前記雨雲を検出するまでは、前記第3のレーダを低電力消費状態で動作させるレーダ制御部を備える、請求項6または7記載の気象情報処理装置。 - 前記気象情報処理装置は、さらに、
前記第1のレーダからの信号によって前記雨雲を検出するまでは、前記第2のレーダおよび前記第3のレーダを低電力消費状態で動作させるレーダ制御部を備える、請求項8記載の気象情報処理装置。 - 前記雨雲検出部は、複数個の雨雲を検出された場合に、前記二重偏波レーダからの信号に基づいて、前記雨雲を構成する降水粒子の大きさを検出し、前記検出した大きさに基づいて、降水可能性が最大の雨雲を前記追尾する雨雲として選別する、請求項2記載の気象情報処理装置。
- 前記雨雲特性検出部は、前記雨雲を構成する降水粒子の特性を検出する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記雨雲特性検出部は、前記雨雲の鉛直方向の長さを検出する、請求項1記載の気象情報処理装置。
- 前記気象情報処理装置は、さらに、
前記雨雲の位置、雨雲の3次元速度および雨雲の特性の少なくとも1つに基づいて、降水を予測する降水予測部を備える、請求項1記載の気象情報処理装置。 - 前記雨雲の特性は、前記雨雲を構成する降水粒子の大きさを含み、
前記降水予測部は、前記雨雲を構成する降水粒子の大きさに基づいて、降水の発生を予測する、請求項14記載の気象情報処理装置。 - 前記降水予測部は、前記雨雲の鉛直方向の長さに基づいて、降水の発生を予測する、請求項14記載の気象情報処理装置。
- 異なる位置に配置された単一偏波レーダおよび二重偏波レーダを含む少なくとも第1、第2、および第3のレーダと、
気象情報処理装置とを備え、
前記気象情報処理装置は、
前記第1、第2、及び第3のレーダからの重複領域に送信された信号に基づいて、前記重複領域内にある雨雲の位置と前記雨雲の3次元速度を検出する雨雲検出部と、
前記二重偏波レーダからの信号に基づいて、前記雨雲の特性を検出する雨雲特性検出部とを備える気象レーダシステム。 - 前記第1、第2、及び第3のレーダは、2つの単一偏波レーダと、1つの二重偏波レーダからなる請求項17に記載の気象レーダシステム。
- 前記第1、第2、及び第3のレーダは、電波の送信および受信時において、ペンシルビーム型のアンテナビームを形成する、請求項17記載の気象レーダシステム。
- 異なる位置に配置された単一偏波レーダおよび二重偏波レーダを含む3つのレーダのうちの少なくとも1つのレーダのアンテナをCAPPI走査させて得られる信号に基づいて、前記3つのレーダの重複領域内にある雨雲の位置を検出するステップと、
前記3つのレーダのアンテナをCAPPI走査させて得られる信号に基づいて、前記雨雲の3次元速度を検出するステップと、
前記雨雲の3次元速度を用いて、前記雨雲を追尾するステップと、
前記二重偏波レーダのアンテナをRHI走査させて得られる信号に基づいて前記雨雲の特性を検出するステップとを備える、気象情報処理方法。
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