JP6974422B2 - Rainfall intensity estimation method and estimation device using multiple altitude observation data of ultra-short-range dual polarization radar - Google Patents
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Description
本発明は、超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法,及び推定装置に係り、より詳しくは、二重偏波レーダのスキャン観測資料と体積降雨量の概念を用いて降雨強度を推定することのできる、超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法,及び推定装置に関する。 The present invention relates to a rainfall intensity estimation method using multi-altitude observation data of an ultra-short-range dual polarization radar and an estimation device, and more specifically, scan observation data of a dual polarization radar and a concept of volumetric rainfall. It relates to a rainfall intensity estimation method and an estimation device using multiple altitude observation data of an ultra-short-range dual polarization radar, which can estimate rainfall intensity using.
二重偏波レーダを用いた降雨量推定時は、単一偏波レーダの降雨量推定時に用いる反射因子(reflectivity、Zh)に加えて、反射因子差(differential reflectivity、Zdr)と比偏波間位相差(specific differential phase、Kdp)を用いて降雨量を推定する。 When rainfall estimation using dual-polarization radar reflectivity factor used during rainfall estimates of single-polarization radar (reflectivity, Z h) in addition to, the differential reflectivity factor (differential reflectivity, Z dr) and Hihen Precipitation is estimated using the specific differential phase (K tp).
二重偏波レーダのための代表的な降雨推定アルゴリズムとしては、JPOLE(Joint Polarization Experiment)(Ryzhkov et al., 2005)アルゴリズムと、CSU(Colorado State University)(Cifelli et al., 2011)アルゴリズムが挙げられる。 Typical rainfall estimation algorithms for dual-polarized radar include the JPOLE (Joint Polarization Experiment) (Ryzhkov et al., 2005) algorithm and the CSU (Colorado State University) (Cifelli et al., 20) algorithm. Can be mentioned.
JPOLEアルゴリズムは、降雨量に応じて異なる降雨関係式を用い、CSUアルゴリズムは、大気水象とレーダ資料の品質に応じて異なる降雨関係式を用いる。降雨推定アルゴリズムに用いられる変数間の関係、すなわち、R(Zh)、R(Zh、Zdr)、R(Kdp)、R(Kdp、Zdr)は、雨滴粒径分布(Drop Size Distribution、DSD)の媒介変数に対する様々な仮定の理論的な研究により導き出された(非特許文献1)。 The JPOLE algorithm uses different rainfall relational expressions depending on the amount of rainfall, and the CSU algorithm uses different rainfall relational expressions depending on the quality of hydrometeor and radar data. The relationships between the variables used in the rainfall estimation algorithm, namely R (Z h ), R (Z h , Z dr ), R (K pd ), R (K pd , Z dr ), are the raindrop grain size distribution (Drop). It was derived by theoretical study of various assumptions for the parameters of Size Distribution (DSD) (Non-Patent Document 1).
このような既存の降雨推定技法は、主にゲート単位の二重偏波レーダ資料(例えば、水平偏波反射因子、反射因子差、比偏波間位相差)を用いてゲート別の降雨量を算定する。 Such existing rainfall estimation techniques mainly use the dual polarization radar data for each gate (for example, horizontally polarized reflection factor, reflection factor difference, phase difference between specific polarizations) to calculate the amount of rainfall for each gate. do.
このような各ゲートに対する降雨強度値を算出する既存の降雨推定技法は、短距離(例えば、10km)以上を観測する二重偏波レーダシステムに適合しており、超短距離(例えば、1km以下)を観測するレーダシステムには適用し難いことがあった。これは、超短距離レーダシステムでは、降雨強度値を算出するために体積降雨量の概念を必要とするからである。 Existing rainfall estimation techniques for calculating rainfall intensity values for each such gate are suitable for dual polarization radar systems that observe short distances (eg, 10 km) or longer, and are suitable for ultra-short distances (eg, 1 km or less). ) Was sometimes difficult to apply to radar systems. This is because the ultra-short-range radar system requires the concept of volumetric rainfall in order to calculate the rainfall intensity value.
したがって、既存の超短距離レーダシステムにおいて、体積降雨量の概念を用いて降雨強度値をさらに正確に算出するための方法が必要である。 Therefore, in the existing ultra-short-range radar system, there is a need for a method for more accurately calculating the rainfall intensity value using the concept of volumetric rainfall.
上述した問題点を解決するために、本発明が解決しようとする技術的課題は、反射因子(Zh)と比偏波間位相差(Kdp)を用いてボリューム(体積)単位の降雨推定を行うことにより、超短距離に対しても、既存よりもさらに正確に降雨を推定することのできる、超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法及び推定装置を提供することにある。 In order to solve the above-mentioned problems, the technical problem to be solved by the present invention is to estimate rainfall in volume units using a reflection factor (Z h ) and a phase difference between specific polarizations (K dp). By doing so, we will provide a rainfall intensity estimation method and estimation device using the multiple altitude observation data of the ultra-short-range dual polarization radar, which can estimate rainfall more accurately than the existing one even for ultra-short distances. To provide.
本発明の解決課題は、上記言及されたものに限定されず、言及されていない他の解決課題は、以下の記載に基づき、当業者に明確に理解される。 The problems to be solved in the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems to be solved not mentioned are clearly understood by those skilled in the art based on the following description.
上述した技術的課題を解決するための手段として、本発明の実施形態によれば、二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法は、(A)超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料のうち、スキャン観測資料である水平偏波反射因子及び比偏波間位相差を、観測された高度角別に入力される段階と、(B)前記(A)段階において入力された水平偏波反射因子のボリューム平均と比偏波間位相差のボリューム平均を算出する段階と、(C)前記算出される水平偏波反射因子のボリューム平均及び比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つを用いて降雨強度を推定する段階と、を含んでもよい。 As a means for solving the above-mentioned technical problems, according to the embodiment of the present invention, the rainfall intensity estimation method using the multiple altitude observation data of the dual polarization radar is (A) ultra-short distance double bias. Of the multiple altitude observation materials of the wave radar, the horizontally polarized reflection factor and the phase difference between specific polarizations, which are scan observation materials, are input at the stage where they are input for each observed altitude angle, and (B) at the above (A) stage. The step of calculating the volume average of the horizontally polarized reflection factor and the volume average of the phase difference between specific polarizations, and (C) the volume average of the calculated horizontal polarization reflection factor and the volume average of the phase difference between specific polarizations. It may include a step of estimating the rainfall intensity using at least one of them.
前記(C)段階は、前記スキャン観測資料の品質に対する信頼度が基準以上であれば、前記比偏波間位相差のボリューム平均を用いて降雨強度を推定し、基準未満であれば、前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて強雨強度を推定してもよい。 In step (C), if the reliability of the quality of the scanned observation data is above the standard, the rainfall intensity is estimated using the volume average of the phase difference between the specific polarizations, and if it is less than the standard, the horizontal deviation. Heavy rain intensity may be estimated using the volume average of wave reflection factors.
前記(C)段階は、(C1)前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて一次強雨強度を推定する段階と、(C2)前記推定される一次強雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均が、それぞれに対して設定された閾値よりも大きければ、前記比偏波間位相差のボリューム平均に基づいて強雨強度を推定する段階と、を含んでもよい。 The steps (C) are (C1) a step of estimating the primary heavy rain intensity using the volume average of the horizontally polarized reflection factor, and (C2) a step between the estimated primary heavy rain intensity and the calculated specific polarization. If the volume average of the phase difference is larger than the threshold set for each, the step of estimating the heavy rain intensity based on the volume average of the phase difference between the specific polarizations may be included.
前記(C)段階は、(C3)前記推定される一次強雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つが、それぞれに対して設定された閾値よりも小さければ、前記推定された一次強雨強度を最終強雨強度として推定する段階をさらに含んでもよい。 In the step (C), if at least one of (C3) the volume average of the estimated primary heavy rain intensity and the calculated phase difference between specific polarizations is smaller than the threshold set for each, the step (C) is described. It may further include a step of estimating the estimated primary heavy rain intensity as the final heavy rain intensity.
一方、上述した技術的課題を解決するための手段として、本発明の実施形態によれば、二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定装置は、超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料のうち、スキャン観測資料である水平偏波反射因子及び比偏波間位相差を、観測された高度角別に入力されるスキャン観測資料入力部と、前記入力された水平偏波反射因子のボリューム平均と比偏波間位相差のボリューム平均を算出するボリューム平均算出部と、前記算出される水平偏波反射因子のボリューム平均及び比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つを用いて降雨強度を推定する強雨強度推定部と、を備える。 On the other hand, as a means for solving the above-mentioned technical problems, according to the embodiment of the present invention, the rainfall intensity estimation device using the multiple altitude observation data of the dual polarization radar is an ultra-short-range dual polarization. Among the radar's multiple altitude observation materials, the scan observation material input unit that inputs the horizontally polarized reflection factor and the phase difference between specific polarizations, which are the scan observation materials, according to the observed altitude angle, and the input horizontal polarization. At least one of the volume average calculation unit for calculating the volume average of the reflection factor and the volume average of the phase difference between the specific polarizations and the volume average of the calculated volume average of the horizontally polarized reflection factor and the volume average of the phase difference between the specific polarizations. It is provided with a heavy rain intensity estimation unit that estimates the rainfall intensity by using it.
前記強雨強度推定部は、前記スキャン観測資料の品質に対する信頼度が基準以上であれば、前記比偏波間位相差のボリューム平均を用いて降雨強度を推定し、基準未満であれば、前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて強雨強度を推定してもよい。 The heavy rain intensity estimation unit estimates the rainfall intensity using the volume average of the phase difference between specific polarizations if the reliability of the quality of the scan observation data is equal to or higher than the standard, and if it is less than the standard, the horizontal Heavy rain intensity may be estimated using the volume average of polarization reflection factors.
前記強雨強度推定部は、前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて一次強雨強度を推定し、前記推定される一次強雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均が、それぞれに対して設定された閾値よりも大きければ、前記比偏波間位相差のボリューム平均に基づいて強雨強度を推定してもよい。 The heavy rain intensity estimation unit estimates the primary heavy rain intensity using the volume average of the horizontal polarization reflection factor, and the volume average of the estimated primary heavy rain intensity and the calculated specific polarization phase difference is calculated. If it is larger than the threshold set for each, the heavy rain intensity may be estimated based on the volume average of the phase difference between the specific polarizations.
前記強雨強度推定部は、前記推定される一次強雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つが、それぞれに対して設定された閾値よりも小さければ、前記推定された一次強雨強度を最終強雨強度として推定してもよい。 The heavy rain intensity estimation unit is estimated if at least one of the estimated primary heavy rain intensity and the calculated volume average of the phase difference between specific polarizations is smaller than the threshold set for each. The primary heavy rain intensity may be estimated as the final heavy rain intensity.
本発明によれば、反射因子(Zh)と比偏波間位相差(Kdp)を用いて強雨強度を推定することにより、近距離のみならず、超短距離でも、さらに正確に強雨強度を推定することができる。 According to the present invention, by estimating the heavy rain intensity using the reflection factor (Z h ) and the phase difference between specific polarizations (K dp ), the heavy rain is more accurately performed not only at a short distance but also at an ultra-short distance. The strength can be estimated.
また、1つの高度角ではなく、多重高度角から観測及び算出されたレーダ資料、すなわち、反射因子(Zh)と比偏波間位相差(Kdp)を用いて体積単位で強雨強度をさらに正確に推定することができる。 In addition, the radar data observed and calculated from multiple altitude angles instead of one altitude angle, that is, the reflection factor (Z h ) and the phase difference between specific polarizations (K dp ) are used to further increase the heavy rainfall intensity in volume units. It can be estimated accurately.
また、近距離の短時間の間、多重高度角で光線をスキャンして観測されたレーダ資料を用いることにより、レーダ資料を汚染させ得る各種のエコーに対する問題点を解消し、正確な強雨推定により、集中豪雨及び洪水を予防することができる。 In addition, by using radar data observed by scanning light rays at multiple altitude angles for a short period of time at a short distance, problems with various echoes that can contaminate the radar data are solved, and accurate heavy rainfall estimation is performed. This can prevent torrential rains and floods.
本発明の効果は、上記言及されたものに限定されず、言及されていない他の効果は、以下の記載に基づき、当業者に明確に理解される。 The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art based on the following description.
上述した本発明の目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付された図面と関連した以下の好適な実施形態に基づいて容易に理解される。 The above-mentioned objectives, other objectives, features, and advantages of the present invention are readily understood based on the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings.
以下、図面を参照して本発明について詳述する。ある場合は、発明を記述するにあたって、よく知られており、本発明と大いに関連しない部分は、本発明を説明するにあたって、特別な理由なしで混沌をもたらすことを防ぐために記述しないことを予め言及しておく。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are well known in describing the invention and that are not highly relevant to the invention are not described in describing the invention in order to prevent chaos without special reason. I will do it.
先ず、本発明の実施形態に係る超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法は、二重偏波レーダがKバンド二重偏波レーダを照射し、反射体から反射した光線を入射されると、強雨強度推定装置が入射された光線から強雨強度の推定に必要な値を算出する。特に、本発明の実施形態において、強雨強度推定方法は、近距離の短い観測時間の間は、降雨量の変動が小さいという仮定下で、多重観測高度角資料を用いて強雨強度を推定する。 First, in the rainfall intensity estimation method using the multiple altitude observation data of the ultra-short-range double-polarized radar according to the embodiment of the present invention, the double-polarized radar irradiates the K-band double-polarized radar and the reflector. When a light beam reflected from the light beam is incident, the heavy rain intensity estimation device calculates the value required for estimating the heavy rain intensity from the incident light ray. In particular, in the embodiment of the present invention, the heavy rain intensity estimation method estimates the heavy rain intensity using the multiple observation altitude angle data on the assumption that the fluctuation of the rainfall amount is small during the short observation time at a short distance. do.
二重偏波レーダと強雨強度推定装置は、1つの装置で実現されてもよく、本実施形態では分離して説明する。 The dual polarization radar and the heavy rain intensity estimation device may be realized by one device, and will be described separately in this embodiment.
本発明の実施形態では、超短距離として1kmを挙げているが、これも一例として、これに限定されず、1km以上を超短距離として定義してもよく、超短距離でなくても、1km以上の距離に対しても、光線を照射した資料から強雨推定を行うことができるのは言うまでもない。 In the embodiment of the present invention, 1 km is mentioned as an ultra-short distance, but this is not limited to this as an example, and 1 km or more may be defined as an ultra-short distance, and even if it is not an ultra-short distance. Needless to say, it is possible to estimate heavy rain from the material irradiated with light rays even for a distance of 1 km or more.
また、本発明の実施形態において、多重観測高度角は、例えば、30度、45度、及び60度であり、これは一例として、これに限定されない。 Further, in the embodiment of the present invention, the multiple observation altitude angles are, for example, 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees, and this is not limited to this as an example.
図1は、本発明の実施形態に係る降雨強度推定装置において、超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料のうち、一つのボリューム資料の例示を示すグラフである。 FIG. 1 is a graph showing an example of one volume data among the multiple altitude observation data of the ultra-short-range dual polarization radar in the rainfall intensity estimation device according to the embodiment of the present invention.
図1を参照すると、1つのボリューム資料は、多数のスキャン、本発明の実施形態では、3つのスキャンで構成され、1つのスキャンは、多数の光線で構成される。また、1つの光線は、多数のゲートからなる。 Referring to FIG. 1, one volume material is composed of a large number of scans, in the embodiment of the present invention, three scans, and one scan is composed of a large number of light rays. Also, one ray consists of many gates.
図1において、青色、赤色、及び緑色は、1つのスキャンを示す。各スキャンは、30度、45度、及び60度で構成される。青色、赤色、及び緑色で表記されたスキャンは、それぞれ多数の光線で構成され、光線の個数は、観測方法により異なり、本実施形態では、360個を用いる。各光線(すなわち、青色、赤色、及び緑色の1つの線)を構成する多数のゲートも、レーダ運用方法により、数十個から数百個まで可能である。1つのゲートは、1つの点(ポイント)とみなしてもよい。 In FIG. 1, blue, red, and green indicate one scan. Each scan consists of 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees. The scans shown in blue, red, and green are each composed of a large number of light rays, and the number of light rays varies depending on the observation method. In this embodiment, 360 rays are used. The number of gates that make up each ray (ie, one line of blue, red, and green) can also be tens to hundreds, depending on the radar operating method. One gate may be regarded as one point.
1つのゲートには、水平偏波反射因子、反射因子差、及び比偏波間位相差以外に、様々な変数がある。本発明の実施形態では、水平偏波反射因子と比偏波間位相差を用いる。 One gate has various variables other than the horizontally polarized reflection factor, the reflection factor difference, and the phase difference between specific polarizations. In the embodiment of the present invention, the horizontal polarization reflecting factor and the phase difference between specific polarizations are used.
図2は、1つのスキャン(例えば、45度でのスキャン)をなす360個の光線のうち、1番目の光線(光線1)と360番目の光線(光線360)に対する水平偏波反射因子をゲート別に示す例示図である。 FIG. 2 gates a horizontally polarized reflection factor for the first ray (ray 1) and the 360th ray (ray 360) out of 360 rays making one scan (eg, a scan at 45 degrees). It is an example figure which shows separately.
図2を参照すると、Rは、スキャン距離であり、1つの光線がN個のゲートからなる場合、水平偏波反射因子は、ゲート1〜ゲートNに対する値である。降雨強度推定装置は、二重偏波レーダの照射距離による水平偏波反射因子の変化から水平偏波減衰度を算出する。 Referring to FIG. 2, R is the scan distance, and if one ray consists of N gates, the horizontally polarized reflection factor is a value for gates 1 to N. The rainfall intensity estimation device calculates the degree of horizontal polarization attenuation from the change in the horizontal polarization reflection factor depending on the irradiation distance of the dual polarization radar.
図3は、本発明の実施形態に係る超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定装置の降雨強度推定方法を説明するための流れ図である。 FIG. 3 is a flow chart for explaining a method for estimating the rainfall intensity of the rainfall intensity estimation device using the multiple altitude observation data of the ultra-short-range dual polarization radar according to the embodiment of the present invention.
図3を参照すると、本発明の実施形態によれば、降雨強度推定装置は、スキャン観測資料、すなわち、各スキャン資料で構成されたボリューム資料を入力される(S310)。S310段階において入力されるスキャン観測資料は、30度、45度、及び60度の高度角で得られた値から算出される値であって、Zh(30)、Zh(45)、Zh(60)、Kdp(30)、Kdp(45)、及びKdp(60)である。 Referring to FIG. 3, according to the embodiment of the present invention, the rainfall intensity estimation device inputs a scan observation material, that is, a volume material composed of each scan material (S310). The scan observation data input in the S310 step are values calculated from the values obtained at altitude angles of 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees, and are Z h (30), Z h (45), and Z. h (60), K dp (30), K dp (45), and K dp (60).
Zh(30)は、30度スキャンから得られたZhの平均値であって、すなわち、数個のゲートで構成された数個の光線から算出された平均値である。これと同様に、Zh(45)は、45度スキャンから得られたZhの平均値であり、Zh(60)は、60度スキャンから得られたZhの平均値である。 Z h (30) is an average value of Z h obtained from a 30 degree scan, that is, an average value calculated from several light rays composed of several gates. Similarly, Z h (45) is the average value of Z h obtained from the 45 degree scan , and Z h (60) is the average value of Z h obtained from the 60 degree scan.
また、Kdp(30)は、30度スキャンから得られたKdpの平均値であって、すなわち、数個のゲートで構成された数個の光線から算出された平均値である。これと同様に、Kdp(45)は、45度スキャンから得られたKdpの平均値であり、Kdp(60)は、60度スキャンから得られたKdpの平均値である。 Further, K dp (30) is an average value of K dp obtained from a 30-degree scan, that is, an average value calculated from several light rays composed of several gates. Similarly, K dp (45) is the average value of K pd obtained from the 45 degree scan , and K dp (60) is the average value of K dp obtained from the 60 degree scan.
降雨強度推定装置は、各観測高度角別に、すなわち、各スキャンに対する水平偏波反射因子(Zh(0)、Zh(45)、Zh(90))のボリューム平均(μ(Zh))と、比偏波間位相差(Kdp(0)、2・Kdp(45))のボリューム平均(μ(Kdp))とを算出する(S320、S330)。 The rainfall intensity estimator is a volume average (μ (Z h )) of the horizontally polarized reflection factors (Z h (0), Z h (45), Z h (90)) for each observation altitude angle, that is, for each scan. ) And the volume average (μ (K dp )) of the phase difference between the specific polarizations (K dp (0), 2 · K dp (45)) (S320, S330).
S320段階において、降雨強度推定装置は、S310段階において入力されたZh(30)、Zh(45)、及びZh(60)の平均値または中間値を水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))として算出する。 In the S320 step, the rainfall intensity estimator sets the average value or the intermediate value of Z h (30), Z h (45), and Z h (60) input in the S310 step as the volume average of the horizontally polarized reflection factor ( Calculated as μ (Z h )).
また、S330段階において、降雨強度推定装置は、S310段階において入力されたKdp(30)とKdp(45)とKdp(60)の平均値または中間値を比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))として算出する。 Further, in the S330 step, the rainfall intensity estimator sets the average value or the intermediate value of the K dp (30), the K dp (45) and the K dp (60) input in the S310 step as the volume average of the phase difference between the specific polarizations. Calculated as (μ (K dp )).
S320段階及びS330段階において、30度、45度、及び60度に対して算出された水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))と比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))は、それぞれ下記の通りである。 In the S320 and S330 stages, the volume average (μ (Z h )) of the horizontally polarized reflection factor calculated for 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees and the volume average of the phase difference between specific polarizations (μ (K)). dp )) are as follows.
降雨強度推定装置は、S320段階及びS330段階において算出された水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))及び比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))のうち少なくとも一つを用いて降雨強度を推定する(S340〜S370)。特に、降雨強度推定装置は、入力されるスキャン観測資料の品質に対する信頼度が、前もって設定された基準以上であれば、比偏波間位相差のボリューム平均を用いて降雨強度を推定し、基準未満であれば、水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて降雨強度を推定する。 The rainfall intensity estimator is at least one of the volume average (μ (Z h )) of the horizontally polarized reflection factor and the volume average (μ (K dp )) of the phase difference between specific polarizations calculated in the S320 step and the S330 step. The rainfall intensity is estimated using one (S340-S370). In particular, the rainfall intensity estimation device estimates the rainfall intensity using the volume average of the phase difference between specific polarizations if the reliability of the quality of the input scan observation data is equal to or higher than the preset standard, and is less than the standard. If so, the rainfall intensity is estimated using the volume average of the horizontally polarized reflection factors.
以下、S340段階乃至S370段階の降雨強度推定について詳述する。 Hereinafter, the rainfall intensity estimation in the S340 to S370 steps will be described in detail.
先ず、降雨強度推定装置は、反射因子と降雨強度の関係式を用いて一次降雨強度を推定する(S380)。すなわち、降雨強度推定装置は、水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))を、下記の[式1]に適用して一次降雨強度を推定する。 First, the rainfall intensity estimation device estimates the primary rainfall intensity using the relational expression between the reflection factor and the rainfall intensity (S380). That is, the rainfall intensity estimation device estimates the primary rainfall intensity by applying the volume average (μ (Z h )) of the horizontally polarized reflection factor to the following [Equation 1].
前記[式1]において、a及びbは、24GHz周波数において有する変数であって、例えば、45度高度角の24GHzにおいて、a=0.01、b=0.78であってもよい。R(μ(Zh))は、水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))により推定された一次降雨強度である。 In the above [Equation 1], a and b are variables having a 24 GHz frequency, and may be, for example, a = 0.01 and b = 0.78 at 24 GHz at a 45 degree altitude angle. R (μ (Z h )) is the primary rainfall intensity estimated by the volume average (μ (Z h)) of the horizontally polarized reflection factor.
降雨強度推定装置は、S340段階において算出された一次降雨強度(R(μ(Zh)))と、S330段階において算出された比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))が、それぞれに対して設定された第1及び第2の閾値(TH1、TH2、例えば、TH1=10、TH1=1)であって、前もって設定された基準値)よりも大きければ(S350−yes)、降雨強度が強く(すなわち、いま降っている雨の量が基準よりも多く)、S310段階で入力され、S320段階及びS330段階で算出された資料品質が、一定水準以上の高い信頼度を有すると判断することができる。したがって、降雨強度推定装置は、比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))から下記の[式2]を用いて最終降雨強度を推定するようになる(S360)。 The rainfall intensity estimation device has the primary rainfall intensity (R (μ (Z h ))) calculated in the S340 step and the volume average (μ (K dp )) of the phase difference between specific polarizations calculated in the S330 step. If it is larger than the first and second thresholds (TH1, TH2, for example, TH1 = 10, TH1 = 1) set for each, and is larger than the preset reference value (S350-yes). When the rainfall intensity is strong (that is, the amount of rain currently falling is larger than the standard), the material quality input in the S310 step and calculated in the S320 step and the S330 step has a high reliability above a certain level. You can judge. Therefore, the rainfall intensity estimation device will estimate the final rainfall intensity from the volume average (μ (K dp )) of the phase difference between the specific polarizations using the following [Equation 2] (S360).
前記[式2]において、cは、24GHz周波数において有する変数であって、例えば、45度高度角において、c=21.4であってもよい。前記[式1]及び[式2]において、24GHz周波数は、商用周波数の一つであって、このときの変数a、b、cは、散乱シミュレーション(Scattering Simulation)により求めた理論的な値である。したがって、他の周波数でも、24GHzであるときに適用したものと同一の方法により、理論的な値を求めることができる。R(μ(Kdp))は、比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))により推定される最終降雨強度である。 In the above [Equation 2], c is a variable having a frequency of 24 GHz, and may be, for example, c = 21.4 at an altitude angle of 45 degrees. In the above [Equation 1] and [Equation 2], the 24 GHz frequency is one of the commercial frequencies, and the variables a, b, and c at this time are theoretical values obtained by scattering simulation. be. Therefore, even at other frequencies, the theoretical value can be obtained by the same method applied when the frequency is 24 GHz. R (μ (K dp )) is the final rainfall intensity estimated by the volume average (μ (K dp)) of the phase difference between specific polarizations.
ここで、μ(Kdp)>1は、直接的にはKdpの品質を言い、間接的には中間降雨強度程度において示される値を意味する。 Here, μ (K dp )> 1 directly means the quality of K dp , and indirectly means the value shown in the degree of intermediate rainfall intensity.
これに対して、S350段階において、推定された一次降雨強度(R(μ(Zh)))及び算出された水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))のうち少なくとも一つが、各閾値(TH1、TH2)以下であれば(S350−no)、降雨強度推定装置は、S340段階において推定される一次降雨強度を最終降雨強度として推定する(S370)。 On the other hand, in the S350 step, at least one of the estimated primary rainfall intensity (R (μ (Z h ))) and the calculated volume average of the horizontally polarized reflection factor (μ (Z h )) is. If it is equal to or less than each threshold (TH1, TH2) (S350-no), the rainfall intensity estimation device estimates the primary rainfall intensity estimated in the S340 step as the final rainfall intensity (S370).
図4は、本発明の実施形態に係る強雨強度推定装置600が適用される超短距離二重偏波レーダを示す例示図である。
FIG. 4 is an exemplary diagram showing an ultra-short-range dual polarization radar to which the heavy rain
図4を参照すると、超短距離二重偏波レーダは、アンテナ400、駆動部500、及び降雨強度推定装置600を備える。
Referring to FIG. 4, the ultrashort-range dual polarization radar includes an
アンテナ400は、多重高度角で電磁波を発射し、その電磁波が対象物体から反射して帰ってくる反響波を受信する。
The
駆動部500は、アンテナが多重高度角で電磁波を発射するように、アンテナ400を含むレーダを駆動する。
The
降雨強度推定装置600は、アンテナ400が受信した信号からスキャン観測資料を生成し、スキャン観測資料のうち、反射因子(Zh)と比偏波間位相差(Kdp)を用いてボリューム(体積)単位の降雨推定を行う。
The rainfall
降雨強度推定装置600は、図1乃至図4を参照して説明した降雨強度推定方法を行うための装置であって、降雨推定アルゴリズムを用いて降雨推定を行うプロセッサと、降雨推定アルゴリズムを保存するメモリと、を備えるコンピュータ装置であってもよい。
The rainfall
図5は、図4において用いられる本発明の実施形態に係る超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定装置600を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a rainfall
図5を参照すると、降雨強度推定装置600は、通信インターフェース部610、メモリ620、及びプロセッサ630を有する。
Referring to FIG. 5, the rainfall
通信インターフェース部610は、アンテナ400から受信信号(すなわち、反射波)を受信する通信回路を有する。
The
メモリ620は、揮発性メモリ及び/または不揮発性メモリを有してもよい。メモリ620には、例えば、降雨強度推定装置600が提供する動作、機能などを実現及び/または提供するために、構成要素610〜630と関連した命令またはデータ、1つ以上のプログラム及び/またはソフトウェア、運用体制などが保存されてもよい。
The
メモリ620に保存されるスキャン観測資料を用いて、超短距離において降雨強度を推定するように命令語を含む降雨強度推定プログラムを含んでもよい。
A rainfall intensity estimation program including a command word may be included to estimate the rainfall intensity at an ultra-short distance using the scan observation data stored in the
プロセッサ630は、降雨強度推定装置600に保存された1つ以上のプログラムを実行し、降雨強度推定装置600の全般的な動作を制御する。例えば、プロセッサ630は、メモリ620に保存された降雨強度推定プログラムを実行して降雨強度を推定する。
The
このため、降雨強度推定プログラムの実行により、プロセッサ630は、スキャン観測資料生成部632、スキャン観測資料入力部634、ボリューム平均算出部636、及び降雨強度推定部638を有する。
Therefore, by executing the rainfall intensity estimation program, the
スキャン観測資料生成部632は、アンテナ400が受信した反射波からスキャン観測資料を生成し、生成されるスキャン観測資料をスキャン観測資料入力部634に伝達する。スキャン観測資料は、30度、45度、及び60度の高度角で測定された反射因子と比偏波間位相差、すなわち、Zh(30)、Zh(45)、Zh(60)、Kdp(30)、Kdp(45)、及びKdp(60)を含んでもよい。
The scan observation
スキャン観測資料入力部634は、超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料のうち、スキャン観測資料、すなわち、Zh(30)、Zh(45)、Zh(60)、Kdp(30)、Kdp(45)、及びKdp(60)を入力される。スキャン観測資料は、スキャン観測資料入力部634で算出されてもよい。
The scan observation data input unit 634 uses the scan observation data, that is, Z h (30), Z h (45), Z h (60), and K dp , among the multiple altitude observation materials of the ultra-short-range dual polarization radar. (30), K dp (45), and K dp (60) are input. The scan observation material may be calculated by the scan observation
ボリューム平均算出部636は、入力された反射因子のZh(30)、Zh(45)、及びZh(60)の平均値または中間値を、水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))として算出する。
The volume
また、ボリューム平均算出部636は、入力された比偏波間位相差のKdp(30)、Kdp(45)、及びKdp(60)の平均値または中間値を、比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))として算出する。
Further, the volume
降雨強度推定部638は、算出された水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))及び比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))のうち少なくとも一つを用いて降雨強度を推定する。
The rainfall
詳述すると、降雨強度推定部638は、反射因子と降雨強度の関係式である前記[式1]を用いて一次降雨強度(R(μ(Zh)))を推定する。すなわち、降雨強度推定部638は、水平偏波反射因子のボリューム平均(μ(Zh))を前記[式1]に適用して一次降雨強度を推定する。
More specifically, the rainfall intensity estimation unit 638 estimates the primary rainfall intensity (R (μ (Z h ))) using the above [Equation 1], which is a relational expression between the reflection factor and the rainfall intensity. That is, the rainfall
降雨強度推定部638は、推定された一次降雨強度と算出された比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))が、それぞれに対して設定された第1及び第2の閾値(TH1、TH2、例えば、TH1=10、TH1=1)よりも大きければ、降雨強度が強く、スキャン観測資料のような資料品質が前もって定められた一定水準以上の高い信頼度を有すると判断することができる。
In the rainfall
したがって、降雨強度推定部638は、比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))から前記[式2]を用いて最終降雨強度を推定するようになる。
Therefore, the rainfall
これに対して、降雨強度推定部638は、推定された一次降雨強度と算出された比偏波間位相差のボリューム平均(μ(Kdp))のうち少なくとも一つが、それぞれに対して設定された閾値(TH1、TH2)以下であれば、前記[式1]を用いて推定された一次降雨強度を最終降雨強度として推定する。
On the other hand, in the rainfall
一方、本発明に係る超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法は、これを実現するための命令語のプログラムが類型的に実現されることにより、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に含まれて提供されてもよいことは、通常の技術者が容易に理解することができる。 On the other hand, the rainfall intensity estimation method using the multi-altitude observation data of the ultra-short-range dual polarization radar according to the present invention is carried out by a computer by typographically realizing a program of command words to realize this. It can be easily understood by ordinary technicians that it may be included and provided in a readable recording medium.
すなわち、本発明に係る超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法は、多様なコンピュータ手段により行われるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、前記コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含む。前記コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例には、ハードディスクなどの磁気媒体(magnetic media)、CD−ROM、DVDのような光記録媒体(optical recording media)、及びROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ、USBメモリなどのプログラム命令を保存して行えるように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。 That is, the rainfall intensity estimation method using the multiple altitude observation data of the ultra-short-range dual polarization radar according to the present invention is realized in the form of program instructions performed by various computer means, and is a computer-readable recording medium. The recording medium recorded in the computer and readable by the computer includes program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and ROMs (Read Only Memory) and RAMs ( Includes hardware devices specially configured to store and perform program instructions such as Random Access Memory), flash memory, and USB memory.
したがって、本発明は、超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法を実現するために、前記降雨強度推定装置を制御するコンピュータ上で行われるコンピュータで読み取り可能な記録媒体に保存されたプログラムを一緒に提供する。 Therefore, the present invention can be read by a computer performed on a computer controlling the rainfall intensity estimation device in order to realize a rainfall intensity estimation method using the multiple altitude observation data of the ultra-short-range dual polarization radar. The program stored on the recording medium is provided together.
400 アンテナ
500 駆動部
600 降雨強度推定装置
610 通信インターフェース部
620 メモリ
630 プロセッサ
632 スキャン観測資料生成部
634 スキャン観測資料入力部
636 ボリューム平均算出部
638 降雨強度推定部
Claims (2)
(B)前記(A)段階において入力された水平偏波反射因子のボリューム平均と比偏波間位相差のボリューム平均を算出する段階と、
(C)前記算出される水平偏波反射因子のボリューム平均及び比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つを用いて降雨強度を推定する段階と、を含み、
前記(C)段階は、
前記スキャン観測資料の品質に対する信頼度が基準以上であれば、前記比偏波間位相差のボリューム平均を用いて降雨強度を推定し、基準未満であれば、前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて降雨強度を推定し、
更に、前記(C)段階は、
(C1)前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて一次降雨強度を推定する段階と、
(C2)前記推定される一次降雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均が、それぞれに対して設定された閾値よりも大きければ、前記比偏波間位相差のボリューム平均に基づいて降雨強度を推定する段階と、
(C3)前記推定される一次降雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つが、それぞれに対して設定された閾値よりも小さければ、前記推定された一次降雨強度を最終降雨強度として推定する段階をさらに含む
ことを特徴とする超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定方法。 (A) Of the multiple altitude observation materials of the ultra-short-range dual polarization radar of 1 km or less, the stage where the horizontally polarized reflection factor and the phase difference between specific polarizations, which are scan observation materials, are input for each observed altitude angle. When,
(B) The step of calculating the volume average of the horizontally polarized wave reflection factor input in the step (A) and the volume average of the phase difference between the specific polarizations, and
(C) Including a step of estimating the rainfall intensity using at least one of the volume average of the calculated horizontal polarization reflection factor and the volume average of the phase difference between the specific polarizations.
The step (C) is
If the reliability of the quality of the scan observation data is above the standard, the rainfall intensity is estimated using the volume average of the phase difference between specific polarizations, and if it is less than the standard, the volume average of the horizontally polarized reflection factor is used. Estimate the rainfall intensity using
Further, the step (C) is
(C1) A step of estimating the primary rainfall intensity using the volume average of the horizontally polarized reflection factor, and
(C2) If the estimated primary rainfall intensity and the calculated volume average of the phase difference between specific polarizations are larger than the threshold values set for each, rainfall is based on the volume average of the phase difference between specific polarizations. The stage of estimating the strength and
(C3) If at least one of the estimated primary rainfall intensity and the calculated volume average of the phase difference between the specific polarizations is smaller than the threshold set for each, the estimated primary rainfall intensity is finalized. A method for estimating rainfall intensity using multiple altitude observation data of an ultra-short-range dual polarization radar, which further includes a step for estimating rainfall intensity.
前記入力された水平偏波反射因子のボリューム平均と比偏波間位相差のボリューム平均を算出するボリューム平均算出部と、
前記算出される水平偏波反射因子のボリューム平均及び比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つを用いて降雨強度を推定する降雨強度推定部と、を備え、
前記降雨強度推定部は、
前記スキャン観測資料の品質に対する信頼度が基準以上であれば、前記比偏波間位相差のボリューム平均を用いて降雨強度を推定し、基準未満であれば、前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて降雨強度を推定し、
更に、前記降雨強度推定部は、
前記水平偏波反射因子のボリューム平均を用いて一次降雨強度を推定し、前記推定される一次降雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均が、それぞれに対して設定された閾値よりも大きければ、前記比偏波間位相差のボリューム平均に基づいて降雨強度を推定し、
前記推定される一次降雨強度及び算出される比偏波間位相差のボリューム平均のうち少なくとも一つが、それぞれに対して設定された閾値よりも小さければ、前記推定された一次降雨強度を最終降雨強度として推定する
ことを特徴とする超短距離二重偏波レーダの多重高度観測資料を用いた降雨強度推定装置。 Among the multiple altitude observation materials of the ultra-short-range dual polarization radar of 1 km or less, the scan observation material input that inputs the horizontal polarization reflection factor and the phase difference between specific polarizations, which are scan observation materials, according to the observed altitude angle. Department and
The volume average calculation unit that calculates the volume average of the input horizontal polarization reflection factor and the volume average of the phase difference between specific polarizations,
A rainfall intensity estimation unit for estimating rainfall intensity using at least one of the volume average of the calculated horizontally polarized reflection factor and the volume average of the phase difference between specific polarizations is provided.
The rainfall intensity estimation unit is
If the reliability of the quality of the scan observation data is above the standard, the rainfall intensity is estimated using the volume average of the phase difference between specific polarizations, and if it is less than the standard, the volume average of the horizontally polarized reflection factor is used. Estimate the rainfall intensity using
Further, the rainfall intensity estimation unit is
The primary rainfall intensity is estimated using the volume average of the horizontally polarized reflection factor, and the volume average of the estimated primary rainfall intensity and the calculated specific polarization phase difference is larger than the threshold set for each. If it is large, the rainfall intensity is estimated based on the volume average of the phase difference between the specific polarizations.
If at least one of the estimated primary rainfall intensity and the calculated volume average of the phase difference between the specific polarizations is smaller than the threshold set for each, the estimated primary rainfall intensity is used as the final rainfall intensity. A rainfall intensity estimation device using multiple altitude observation data of an ultra-short-range dual polarization radar characterized by estimation.
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