JP7256487B2 - Weather forecasting device, weather forecasting method, and program - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、気象予測装置、気象予測方法、およびプログラムに関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a weather forecasting device, a weather forecasting method, and a program.

従来、乱気流の発生に関わる複数の指標を用いて乱気流の発生する可能性を示す予測値を算出するシステムが開示されている。このシステムでは、グリッド毎に求めた係数で、グリッド毎に対応付けられた複数の指標を重み付けして、グリッドにおける乱気流の発生可能性を算出している。しかしながら、乱気流の発生可能性は、指標間の相互関係、更には乱気流の発生要因を加味する必要があるため、上記のシステムでは、乱気流の発生の可能性を精度よく導出することができない場合があった。 Conventionally, there has been disclosed a system for calculating a predicted value indicating the possibility of occurrence of turbulence using a plurality of indices related to the occurrence of turbulence. In this system, a coefficient determined for each grid is used to weight a plurality of indices associated with each grid to calculate the possibility of occurrence of turbulence in the grid. However, the probability of occurrence of turbulence needs to take into account the interrelationship between indicators and factors that cause turbulence. there were.

また、従来、乱気流の予測情報を提供する際には絶対的な予測値が扱われていた。しかしながら、気象の予測には不確実性が含まれるため、算出された予測値がどの程度の信頼性を持つのかを判断することはできない。乱気流は他の気象現象と比較すると、平均的な発生確率は低いが、ひとたび発生した場合、例えば航空機などが乱気流に遭遇すると、人命や航空機に大きな影響を及ぼす可能性がある。乱気流の発生について、発生の有無ではなく、どの程度発生しやすいか、すなわち確率として扱うことで、より有益な情報となると考えられる。 Also, conventionally, when providing turbulence prediction information, absolute prediction values were handled. However, since weather prediction includes uncertainty, it is not possible to judge how reliable the calculated predicted value is. Compared to other meteorological phenomena, turbulence has a low average occurrence probability, but once it occurs, for example, when an aircraft encounters turbulence, it can have a large impact on human lives and aircraft. Regarding the occurrence of turbulence, it is considered that more useful information can be obtained by treating how likely it is to occur, that is, by treating it as a probability, rather than whether or not it will occur.

また、気象現象全般に対する確率の予測技術に関して、ベイジアンネットワークの手法を用いたものがある。しなしながら、上記の予測技術において、乱気流の発生を予測する手法の具体的な処理については開示されていない。 In addition, there is a method using a Bayesian network as a technique for predicting the probability of meteorological phenomena in general. However, the above prediction technique does not disclose specific processing of a technique for predicting the occurrence of turbulence.

特開2009-192262号公報JP 2009-192262 A 特開2008-134145号公報JP 2008-134145 A 特開2009-052976号公報JP 2009-052976 A

本発明が解決しようとする課題は、より正確に乱気流の発生を予測することができる気象予測装置、気象予測方法、およびプログラムを提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a weather prediction device, a weather prediction method, and a program capable of predicting the occurrence of turbulence more accurately.

実施形態の気象予測装置は、指標導出部と、確率導出部とを持つ。指標導出部は、入力された気象状態に基づいて、乱流の発生しやすさを示す第1指標と、温位の高度方向の変化度合を示す第2指標と、上昇気流または下降気流の強さを示す第3指標のうち、少なくとも2つの指標を導出する。確率導出部は、前記指標導出部により将来の気象状態に基づいて導出された少なくとも2つの指標を指標ごとの基準に基づいて分類し、分類結果のパターンに基づいて乱気流が発生する確率を導出する。 A weather prediction device according to an embodiment has an index derivation unit and a probability derivation unit. The index deriving unit calculates, based on the input meteorological conditions, a first index indicating the likelihood of turbulence occurring, a second index indicating the degree of change in the potential temperature direction in the altitude direction, and the strength of updraft or downdraft. At least two indicators are derived from the third indicator that indicates the degree of difficulty. The probability derivation unit classifies at least two indices derived based on future weather conditions by the index derivation unit based on criteria for each index, and derives a probability of occurrence of turbulence based on the pattern of the classification result. .

気象予測システム1の構成を示す図。The figure which shows the structure of the weather prediction system 1. FIG. 気象予測装置20の機能構成を示す図。The figure which shows the functional structure of the weather prediction apparatus 20. FIG. 気象予測装置20により実行される処理の流れを示すフローチャート。4 is a flowchart showing the flow of processing executed by the weather prediction device 20; 判定マップ42の一例を示す図。4 is a diagram showing an example of a determination map 42; FIG. 本実施形態におけるベイジアンネットワークの一例を示す図。The figure which shows an example of the Bayesian network in this embodiment. 表示部36に表示される画像の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of an image displayed on a display unit 36;

以下、実施形態の気象予測装置、気象予測方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a weather prediction device, a weather prediction method, and a program according to embodiments will be described with reference to the drawings.

図1は、気象予測システム1の構成を示す図である。気象予測装置20を含む気象予測システム1は、情報提供装置10と、気象予測装置20とを備える。情報提供装置10と、気象予測装置20とは、LAN(Local Area Network)や、WAN(Wide Area Network)、インターネット等のネットワークNWを介して通信する。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a weather forecast system 1. As shown in FIG. A weather forecasting system 1 including a weather forecasting device 20 includes an information providing device 10 and a weather forecasting device 20 . The information providing device 10 and the weather prediction device 20 communicate via a network NW such as a LAN (Local Area Network), a WAN (Wide Area Network), or the Internet.

情報提供装置10は、レーダ装置(気象レーダ)や他の装置から、大気の状態が観測された三次元の観測データを取得し、取得した観測データを気象予測装置20に送信する。観測データとは、例えば、極座標レーダエコーGPV(Grid Point Value)である。極座標レーダエコーGPVとは、レーダ装置により取得された三次元のグリッドごとの反射強度(エコー)である。三次元のグリッドとは、ある地点を中心として3方向に所定幅で分割された分割領域である。極座標レーダエコーGPVの場合は、所定の観測位置(例えばレーダ装置)から距離方向、方位角方向、および仰角(φ)方向 に対して、それぞれ所定幅で分割された分割領域となる。観測データには、例えば、降水量、気温、気圧、風向、および風速等の物理量が含まれる。なお、レーダ装置から、直接的に観測データは気象予測装置20に送信されてもよい。 The information providing device 10 acquires three-dimensional observation data of atmospheric conditions from a radar device (weather radar) or other device, and transmits the acquired observation data to the weather prediction device 20 . Observation data is, for example, a polar coordinate radar echo GPV (Grid Point Value). A polar coordinate radar echo GPV is a reflection intensity (echo) for each three-dimensional grid acquired by a radar device. A three-dimensional grid is a divided area divided by a predetermined width in three directions with a certain point as the center. In the case of the polar coordinate radar echo GPV, there are divided regions divided by a predetermined width from a predetermined observation position (for example, a radar device) in the distance direction, azimuth direction, and elevation angle (φ) direction. Observation data includes, for example, physical quantities such as precipitation, temperature, atmospheric pressure, wind direction, and wind speed. Observation data may be directly transmitted to the weather prediction device 20 from the radar device.

また、情報提供装置10は、予測データを気象予測装置20に送信する。予測データとは、例えばメソ数値予報モデル(MSM;Meso Scale Model)や、全球数値予報モデル(GSM: Global Spectral Model)等から導出された数値予報モデルGPVである。この予測データには、観測データから取得することができるデータの種別に加え、そのデータから導出された他の種別のデータが含まれていてもよい。 The information providing device 10 also transmits forecast data to the weather forecasting device 20 . The prediction data is, for example, a numerical forecast model GPV derived from a meso scale model (MSM), a global numerical forecast model (GSM), or the like. This prediction data may include, in addition to the types of data that can be acquired from the observed data, data of other types derived from the data.

図2は、気象予測装置20の機能構成を示す図である。気象予測装置20は、例えば、通信インターフェース22と、データ格納部24と、数値気象予測演算部26と、予測データ格納部(予測結果出力部)28と、指標導出部30と、確率導出部32と、情報生成部34と、表示部36と、マップ生成部(判定基準設定部)38と、記憶部40とを備える。データ格納部24と、数値気象予測演算部26と、予測データ格納部28と、指標導出部30と、確率導出部32と、情報生成部34とは、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサが記憶部40に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてよい。また、これらの機能部のうち、全部または一部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアによって実現され、これらの機能部の機能を実現するための回路構成を有してもよい。また、これらの機能部は、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。 FIG. 2 is a diagram showing the functional configuration of the weather forecasting device 20. As shown in FIG. The weather forecasting device 20 includes, for example, a communication interface 22, a data storage unit 24, a numerical weather prediction calculation unit 26, a forecast data storage unit (prediction result output unit) 28, an index derivation unit 30, and a probability derivation unit 32. , an information generation unit 34 , a display unit 36 , a map generation unit (criterion setting unit) 38 , and a storage unit 40 . The data storage unit 24, the numerical weather prediction calculation unit 26, the forecast data storage unit 28, the index derivation unit 30, the probability derivation unit 32, and the information generation unit 34 are provided by a processor such as a CPU (Central Processing Unit). It may be realized by executing a program stored in the storage unit 40 . Further, all or part of these functional units are realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and FPGA (Field-Programmable Gate Array), and these functional units may have a circuit configuration for realizing the function of Also, these functional units may be realized by cooperation of software and hardware.

記憶部40は、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等の不揮発性の記憶媒体と、RAM(Random Access Memory)、レジスタ等の揮発性の記憶媒体とによって実現される。記憶部40は、プロセッサが実行するプログラムや、後述する判定マップ42、条件付き確率マップ43等の情報を格納する。 The storage unit 40 is realized by, for example, nonvolatile storage media such as ROM (Read Only Memory), flash memory, and HDD (Hard Disk Drive), and volatile storage media such as RAM (Random Access Memory) and registers. be done. The storage unit 40 stores programs executed by the processor, information such as a determination map 42 and a conditional probability map 43, which will be described later.

データ格納部24は、情報提供装置10により送信された気象予測の元になる観測データや予測データを、通信インターフェース22を介して取得する。数値気象予測演算部26は、データ格納部24により取得された観測データや予測データ等と、所定の予測モデルとに基づいて、将来(所定の時刻)の気象状態を予測する。所定の予測モデルとは、CReSS(Cloud Resolving Storm Simulator)や、WRF(the Weather Research & Forecasting model)等である。 The data storage unit 24 acquires through the communication interface 22 the observation data and prediction data that are the basis of the weather prediction transmitted from the information providing device 10 . The numerical weather prediction calculator 26 predicts the future (predetermined time) weather conditions based on the observation data, forecast data, etc. acquired by the data storage unit 24 and a predetermined prediction model. The predetermined forecast model is CReSS (Cloud Resolving Storm Simulator), WRF (the Weather Research & Forecasting model), or the like.

数値気象予測演算部26は、データ格納部24に格納された予測データを初期値として、観測データを予測モデルに同化させて予測データと整合を求めることで、より細分化した三次元のグリッドに対する気象予測を行う。より細分化した三次元のグリッドとは、メソ数値予報モデルや全球数値予報モデル等が対象としている大きさの三次元のグリッドに比して、細かい三次元のグリッドである。また、数値気象予測演算部26は、メソ数値予報モデルや、全球数値予報モデル等が対象としている情報に比して、より詳細な情報を導出することができる。 The numerical weather forecast calculation unit 26 uses the forecast data stored in the data storage unit 24 as initial values, assimilates the observation data into the forecast model, and obtains consistency with the forecast data, thereby obtaining a more subdivided three-dimensional grid. Make weather forecasts. A finer three-dimensional grid is a three-dimensional grid that is finer than the three-dimensional grid of the size targeted by the meso-scale numerical forecast model, the global numerical forecast model, and the like. In addition, the numerical weather forecast calculation unit 26 can derive more detailed information than the information targeted by the meso-scale numerical forecast model, the global numerical forecast model, and the like.

予測データ格納部28は、数値気象予測演算部26により予測された将来の気象状態に関する情報を格納する。 The prediction data storage unit 28 stores information about future weather conditions predicted by the numerical weather prediction calculation unit 26 .

指標導出部30は、予測データ格納部28により出力された将来の気象状態に基づいて乱気流の発生しやすさを示すリチャードソン数(第1指標)、温位の高度方向の変化度合を示す温位勾配(第2指標)、および上昇気流または下降気流の強さを示す鉛直流(第3指標)のうち、少なくとも2つの指標を導出する。また、指標導出部30は、データ格納部24に取得された過去の気象状態に基づいて、少なくとも2つの指標を導出する。 Based on the future meteorological conditions output from the forecast data storage unit 28, the index deriving unit 30 calculates the Richardson number (first index) indicating the likelihood of occurrence of turbulence, the temperature indicating the degree of change in the altitude direction of the potential temperature At least two indices are derived: the gradient (second index) and the vertical flow (third index) indicating the strength of the updraft or downdraft. Also, the index derivation unit 30 derives at least two indexes based on the past weather conditions acquired in the data storage unit 24 .

確率導出部32は、導出された指標を所定の基準に基づいて分類し、分類結果のパターンに基づいて乱気流が発生する確率を導出する。指標導出部30および確率導出部32の処理の詳細については後述する。 The probability derivation unit 32 classifies the derived indices based on predetermined criteria, and derives the probability of occurrence of turbulence based on the pattern of the classification results. Details of the processing of the index derivation unit 30 and the probability derivation unit 32 will be described later.

情報生成部34は、確率導出部32により導出された乱気流が発生する確率に基づいて、利用者に提示するための情報を生成し、生成した情報を表示部36に表示させる。表示部36は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどの表示装置を含む。 The information generation unit 34 generates information to be presented to the user based on the probability of occurrence of turbulence derived by the probability derivation unit 32, and causes the display unit 36 to display the generated information. The display unit 36 includes, for example, a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electroluminescence) display.

マップ生成部38は、指標導出部30により過去の気象状態に基づいて導出された少なくとも2つの指標を、指標ごとの基準に基づいて分類した分類結果のそれぞれに対し、指標に依存する乱気流が発生する条件付き確率を求め、条件付き確率に基づいて、分類結果のパターンに対する判定基準を設定する。マップ生成部38は、例えば、条件付き確率に基づいて、判定マップ42を生成する。また、マップ生成部38は、判定基準または判定マップ42を更新する。 The map generation unit 38 classifies at least two indices derived by the index derivation unit 30 based on past weather conditions based on the criteria for each index. Then, based on the conditional probability, a criterion for the classification result pattern is set. The map generator 38 generates the determination map 42 based on conditional probabilities, for example. Also, the map generator 38 updates the determination criteria or the determination map 42 .

図3は、気象予測装置20により実行される処理の流れを示すフローチャートである。以下の処理により三次元のグリッドごとの乱気流が発生する確率が導出される。なお、以下の説明において、指標導出部30は、第1指標、第2指標および第3指標の3つの指標を導出するものとする。 FIG. 3 is a flow chart showing the flow of processing executed by the weather prediction device 20. As shown in FIG. The following process derives the probability of occurrence of turbulence for each three-dimensional grid. In the following description, it is assumed that the index deriving unit 30 derives three indices, a first index, a second index and a third index.

まず、データ格納部24は、情報提供装置10により送信された気象予測の元になる、観測データや予測データを取得する(ステップS100)。次に、数値気象予測演算部26は、グリッドごとの観測データや予測データに基づいて、将来の気象状態を予測する(ステップS102)。 First, the data storage unit 24 acquires the observation data and prediction data that are the basis of the weather prediction transmitted from the information providing device 10 (step S100). Next, the numerical weather prediction calculation unit 26 predicts future weather conditions based on the observation data and prediction data for each grid (step S102).

次に、指標導出部30は、リチャードソン数を導出する(ステップS104)。リチャードソン数は、乱気流の発生しやすさを示す指標であり、下記の式(1)により導出される。式(1)の分子は、温位勾配(詳細は後述)が熱力学的な安定度を示し、分母の鉛直シア(鉛直方向のウインドシア)が運動学的な不安定度を示している。式中の「Ri」はリチャードソン数、「g」は重力加速度、「θ」は温位、「θ」は高度方向(z)の範囲における平均温位、「u」は東西風速、「v」は南北風速である。リチャードソン数が小さい、すなわち運動学的な不安程度が熱力学的な安定度に勝るときに乱気流が発生しやすくなる。 Next, the index deriving unit 30 derives the Richardson number (step S104). The Richardson number is an index that indicates the likelihood of occurrence of turbulence, and is derived from the following formula (1). In the numerator of formula (1), the temperature gradient (details will be described later) indicates thermodynamic stability, and the denominator vertical shear (vertical wind shear) indicates kinematic instability. In the formula, "Ri" is Richardson's number, "g" is the acceleration of gravity, "θ" is the potential temperature, "θ 0 " is the average potential temperature in the range of the altitude direction (z), "u" is the east-west wind speed, " v” is the north-south wind speed. Turbulence tends to occur when the Richardson number is small, that is, when kinematic instability outweighs thermodynamic stability.

Figure 0007256487000001
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次に、指標導出部30は、温位勾配を導出する(ステップS106)。温位勾配は、温位(ある空気塊を地表面に移動させた時の温度)の高度方向の変化率であり、熱力学的な安定度を示すものである。変化率は、対象のグリッドの高度(プラスマイナスz)方向の温位の変化率である。例えば、対象のグリッドの温位に対するマイナスz方向およびプラスz方向の温位の変化度合を加算して2で除算した値である。温位勾配が小さい、もしくは温位勾配が大きいが、それ以上に鉛直シアが大きいためにリチャードソン数が小さくなる時は、乱気流が発生しやすくなる。 Next, the index deriving unit 30 derives the potential temperature gradient (step S106). The potential temperature gradient is the rate of change in the altitude direction of the potential temperature (temperature when a certain air mass moves to the ground surface), and indicates thermodynamic stability. The rate of change is the rate of change of the potential temperature in the altitude (plus or minus z) direction of the grid of interest. For example, it is a value obtained by adding the degree of change of the potential temperature in the minus z direction and the plus z direction with respect to the potential temperature of the target grid and dividing by two. Turbulence tends to occur when the potential temperature gradient is small, or when the potential temperature gradient is large but the vertical shear is larger than that and the Richardson number is small.

次に、指標導出部30は、鉛直流を導出する(ステップS108)。鉛直流は、上昇流もしくは下降流の強さを示す指標(グリッドにおける風向の鉛直成分の絶対値)である。鉛直流は、乱気流発生のトリガーにもなり得る要素であり、その絶対値が大きいほど遭遇した時の揺れが大きくなる。 Next, the index deriving unit 30 derives a vertical current (step S108). The vertical flow is an index (the absolute value of the vertical component of the wind direction on the grid) that indicates the strength of the upflow or downflow. Vertical flow is a factor that can also trigger the generation of turbulence, and the greater the absolute value, the greater the shaking when encountering it.

次に、確率導出部32は、ステップS104からステップS108において導出された指標と、判定マップ42とに基づき、乱気流が発生する確率を導出する(ステップS110)。例えば、確率導出部32は、第1指標から第3指標のそれぞれを、指標ごとに設定された基準値に比して大きい場合は「大」、小さい場合は「小」として分類する。分類結果が、判定マップ42に当てはめられることによって、乱気流が発生する確率が導出される。 Next, the probability deriving unit 32 derives the probability of occurrence of turbulence based on the index derived in steps S104 to S108 and the determination map 42 (step S110). For example, the probability derivation unit 32 classifies each of the first index to the third index as “large” when larger than the reference value set for each index, and as “small” when smaller than the reference value set for each index. By applying the classification result to the determination map 42, the probability of occurrence of turbulence is derived.

図4は、判定マップ42の一例を示す図である。例えば、「Ri数の大あるいは小と、温位勾配の大あるいは小と、鉛直流の大あるいは小との組み合わせにより、8ケース(Case1からCase8)が生成される。例えば、図示するように、「Case1」は、最も乱気流が発生する確率が低く、次いで、「Case2」、・・・「Case8」の順で、乱気流が発生する確率が低い。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the determination map 42. As shown in FIG. For example, 8 cases (Case 1 to Case 8) are generated by combining a large or small Ri number, a large or small potential temperature gradient, and a large or small vertical flow. "Case 1" has the lowest probability of occurrence of turbulence, followed by "Case 2", . . . "Case 8".

なお、本実施形態では、各指標は「大」または「小」の2値に分類されるものと説明したが、3値以上に分類されてもよい。この場合、判定マップ42は、9以上のCaseが形成され、それぞれに対して確率が付与される。 In this embodiment, each index is described as being classified into two values of "large" or "small", but may be classified into three or more values. In this case, the determination map 42 is formed with 9 or more Cases, each of which is given a probability.

ここで判定マップ42の生成手法の一例について説明する。判定マップ42は、乱気流の発生と指標導出部30により導出された指標との因果関係とにより形成されるベイジアンネットワークの手法が用いられて生成される。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る。図5は、本実施形態におけるベイジアンネットワークの一例を示す図である。図示する例では、乱気流の発生確率(1)は、各気象要素(リチャードソン数(2)、温位勾配(3)、および鉛直流(4))と因果関係があることを示している。条件付き確率マップ43Aから43Cが、乱気流の発生確率(1)に対して、因果関係のある気象要素ごとに生成される。例えば、過去の気象状態に基づいて、乱気流が発生した場合と発生しなかった場合とにおけるRi数の大小の確率(条件付き確率)が集計される。温位勾配、および鉛直流についても、同様に乱気流が発生した場合と発生しなかった場合とにおける気象要素の大小の確率が集計される。 An example of a method for generating the determination map 42 will now be described. The determination map 42 is generated using a Bayesian network technique that is formed by the causal relationship between the occurrence of turbulence and the index derived by the index derivation unit 30 . A Bayesian network is a method of aggregating probabilistic interactions for a chain of uncertain events. FIG. 5 is a diagram showing an example of a Bayesian network in this embodiment. The illustrated example shows that the probability of occurrence of turbulence (1) has a causal relationship with each weather element (Richardson number (2), potential temperature gradient (3), and vertical flow (4)). Conditional probability maps 43A to 43C are generated for each causal weather element for the probability of occurrence of turbulence (1). For example, based on past weather conditions, the probabilities (conditional probabilities) of large and small numbers of Ri in cases where turbulence has occurred and cases where turbulence has not occurred are aggregated. For potential temperature gradients and vertical currents, the probabilities of magnitude of meteorological elements are similarly aggregated for cases where turbulence occurs and those where turbulence does not occur.

マップ生成部38は、条件付き確率マップ43を生成するため、所定の期間において、所定のサンプリング間隔で取得された気象に関する情報を取得する。そして、マップ生成部38は、取得した気象に関する情報をサンプリング間隔ごと、且つグリッドごとに処理して、指標ごとに設定された基準値に比して大きい場合は「大」、小さい場合は「小」として分類する。 In order to generate the conditional probability map 43, the map generation unit 38 acquires weather information obtained at predetermined sampling intervals during a predetermined period. Then, the map generating unit 38 processes the acquired weather information for each sampling interval and for each grid, and if it is larger than the reference value set for each index, it is “large”, and if it is smaller than it, it is “small”. ”.

上記の第1指標から第3指標は、判定時刻において数値気象予測演算部26により予測された将来の気象状態に関する情報から判定可能なエビデンスノード(子ノード)であり、それぞれのエビデンスノードの判定結果から、条件付き確率マップ43で定められた確率値が選択される。そして、ベイズの定理が用いられ、各ノードの確率値から逆推定が行われ、乱気流の発生確率が決定される。 The above-mentioned first index to third index are evidence nodes (child nodes) that can be determined from information on future weather conditions predicted by the numerical weather prediction calculation unit 26 at the determination time, and determination results of the respective evidence nodes. , a probability value defined in the conditional probability map 43 is selected. Bayes' theorem is then used to back-estimate from the probability values of each node to determine the probability of occurrence of turbulence.

ベイジアンネットワーク構成では、例えば、子ノードの大小で8ケースの組み合わせができ、各ケースに対応して8段階の乱気流が発生する確率が導出される。このような子ノードによる組み合わせを考慮することで、指標間の相互関係、更には乱気流の発生要因を表現することができる。例えば、リチャードソン数が小さく、温位勾配および鉛直流が大きい場合は、乱気流の発生要因の1つとして一般的に知られているケルビンヘルムホルツ波に伴う乱気流が発生しやすい気象状況に対応している。このように、前述した図4の判定マップ42が生成される。 In the Bayesian network configuration, for example, eight cases can be combined depending on the size of the child node, and the probability of occurrence of turbulence in eight stages corresponding to each case is derived. By considering the combination of such child nodes, it is possible to express the interrelationship between indices and the cause of turbulence. For example, when the Richardson number is small and the potential gradient and vertical flow are large, the turbulence associated with the Kelvin-Helmholtz wave, which is generally known as one of the causes of turbulence, is likely to occur. there is Thus, the determination map 42 of FIG. 4 described above is generated.

なお、マップ生成部38は、日々、データ格納部24により取得される気象に関する情報に基づいて、作成した条件付き確率マップ43および判定マップ42を更新してもよい。これにより、最新の情報を判定マップ42に反映させることができるため、より精度よく乱気流が発生する確率を導出することができる。 Note that the map generation unit 38 may update the created conditional probability map 43 and determination map 42 on a daily basis based on the weather information acquired by the data storage unit 24 . As a result, the latest information can be reflected in the determination map 42, so that the probability of occurrence of turbulence can be derived with higher accuracy.

また、上記の例では、3つの指標に基づいて乱気流が発生する確率が導出されるものとして説明したが、2つの指標に基づいて乱気流が発生する確率が導出されてもよい。例えば、リチャードソン数Riおよび温位勾配との組み合わせに対して、乱気流が発生する確率が付与されてもよい。 Further, in the above example, the probability of occurrence of turbulence is derived based on three indices, but the probability of occurrence of turbulence may be derived based on two indices. For example, a probability that turbulence will occur may be given to the combination of the Richardson number Ri and the potential temperature gradient.

図3の説明に戻る。次に、情報生成部34は、ステップS110で導出された結果に基づいて、乱気流が発生する可能性を示す情報を含む画像を生成し、生成した画像を表示部36に表示させる(ステップS112)。具体的には、情報生成部34は、各Caseの確率(事後確率)を、最も確率(事後確率)が低いCaseの確率(事後確率)で除算する。これにより、基準となる最も安全なCaseに対して何倍乱気流が発生しやすいかという相対的な危険度情報を導出し、導出した情報を表示部36に表示させることができる。これにより本フローチャートの1ルーチンの処理は終了する。 Returning to the description of FIG. Next, the information generation unit 34 generates an image including information indicating the possibility of occurrence of turbulence based on the result derived in step S110, and causes the display unit 36 to display the generated image (step S112). . Specifically, the information generator 34 divides the probability (posterior probability) of each Case by the probability (posterior probability) of the Case with the lowest probability (posterior probability). As a result, it is possible to derive relative risk information indicating how many times turbulence is more likely to occur than the safest case, which serves as a reference, and display the derived information on the display unit 36 . This completes the processing of one routine in this flow chart.

なお、最も確率(事後確率)が低いケース以外を基準として危険度情報は導出されてもよく、例えば、安全度を把握したいのであれば最も確率(事後確率)の高いケースを、習慣的に基準としている気象状況があればそれに対応するケースを基準としてよい。 In addition, risk information may be derived based on cases other than the case with the lowest probability (posterior probability). If there is a specific weather condition, the corresponding case may be used as the standard.

図6は、表示部36に表示される画像の一例を示す図である。図示する例では、ある時刻における所定の高度で切り出した断面における乱気流が発生する危険度を示している。例えば、情報生成部34は、Caseごとに色彩や濃淡を付与したり、パターン等で区分けたりした画像を生成し、生成した画像を表示部36や、他の装置の表示部等に表示させる。 FIG. 6 is a diagram showing an example of an image displayed on the display unit 36. As shown in FIG. The illustrated example shows the risk of occurrence of turbulence in a cross section cut out at a predetermined altitude at a certain time. For example, the information generating unit 34 generates images by giving colors and shadings to each case, or dividing them by patterns, etc., and displays the generated images on the display unit 36 or display units of other devices.

上述したように、ベイジアンネットワーク手法を用いて乱気流が発生する確率を導出することで、気象予測に含まれる不確実性を考慮することができ、また子ノードに配置した指標の大小の組合せを考慮することで、指標間の相互関係、更には乱気流が発生する要因を表現することができるため、危険度情報の信頼性の向上を図ることができる。また、ある基準のCaseに対する相対的な危険度を導出することで、より危険度の低い経路や時間帯を把握しやすい。これらの情報を航空関係者等向けに提供することで、航空機のより一層の安全・最適な運行や運用判断の効率化等の一助となることが期待される。 As mentioned above, by deriving the probability of occurrence of turbulence using the Bayesian network method, it is possible to consider the uncertainty contained in weather forecasts, and also consider the combination of large and small indices placed in child nodes. By doing so, it is possible to express the interrelationship between the indicators and the factors that cause turbulence, so that the reliability of the risk level information can be improved. In addition, by deriving the degree of risk relative to a certain standard Case, it is easy to grasp routes and time periods with a lower degree of risk. By providing this information to aviation-related parties, it is expected that it will contribute to the safer and more optimal operation of aircraft and the efficiency of operational decisions.

以上説明した実施形態によれば、確率導出部32が、指標導出部30により導出された指標と、マップ生成部38により生成された判定マップ42とに基づき、乱気流が発生する可能性を導出することにより、より正確に乱気流の発生を予測することができる。 According to the embodiment described above, the probability derivation unit 32 derives the possibility of occurrence of turbulence based on the index derived by the index derivation unit 30 and the determination map 42 generated by the map generation unit 38. Thus, the occurrence of turbulence can be predicted more accurately.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、入力された気象状態に基づいて、乱気流の発生しやすさを示す第1指標と、温位の高度方向の変化度合を示す第2指標と、上昇気流または下降気流の強さを示す第3指標のうち、少なくとも2つの指標を導出する指標導出部30と、指標導出部30により将来の気象状態に基づいて導出された少なくとも2つの指標を指標ごとの基準に基づいて分類し、分類結果のパターンに基づいて乱気流が発生する確率を導出する確率導出部32とを持つことにより、より正確に乱気流の発生を予測することができる。 According to at least one embodiment described above, based on the input weather conditions, the first index indicating the likelihood of occurrence of turbulence, the second index indicating the degree of change in the altitude direction of the potential temperature, and the an index derivation unit 30 for deriving at least two of the third indexes indicating the strength of the airflow or downdraft; By having the probability derivation unit 32 for classifying based on the criteria of and deriving the probability of occurrence of turbulence based on the pattern of the classification result, the occurrence of turbulence can be predicted more accurately.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

1…気象予測システム、10…情報提供装置、20…気象予測装置、22…通信インターフェース、24…データ格納部、26…数値気象予測演算部、28…予測データ格納部、30…指標導出部、32…確率導出部、34…情報生成部、36…表示部、38…マップ生成部、40…記憶部、42…判定マップ、43(43A~43C)…条件付き確率マップ 1 weather forecasting system 10 information providing device 20 weather forecasting device 22 communication interface 24 data storage unit 26 numerical weather forecast calculation unit 28 prediction data storage unit 30 index derivation unit 32 Probability derivation unit 34 Information generation unit 36 Display unit 38 Map generation unit 40 Storage unit 42 Decision map 43 (43A to 43C) Conditional probability map

Claims (6)

入力された気象状態に基づいて、乱気流の発生しやすさを示す第1指標と、温位の高度方向の変化度合を示す第2指標と、上昇気流または下降気流の強さを示す第3指標とを含む複数の指標を導出する指標導出部と、
前記指標導出部により将来の気象状態に基づいて導出された前記複数の指標のそれぞれを指標ごとの基準に基づいて分類し、前記複数の指標の分類結果のパターンと判定基準とに基づいて乱気流が発生する確率を導出する確率導出部と、
前記複数の指標のそれぞれを指標ごとの基準に基づいて分類した分類結果のパターンのそれぞれに対し、前記乱気流の発生に因果関係を有する前記複数の指標ごとに乱気流が発生する条件付き確率を求め、前記条件付き確率に基づいて、前記分類結果のパターンに対する前記判定基準を設定する判定基準設定部であって、前記乱気流の発生と前記複数の指標との因果関係とにより形成されるベイジアンネットワークの手法を用いて乱気流が発生する条件付き確率を求める判定基準設定部と、
を備える気象予測装置。
Based on the input meteorological conditions, the first index indicates the likelihood of occurrence of turbulence, the second index indicates the degree of change in the altitude direction of potential temperature, and the third index indicates the strength of updraft or downdraft. an index derivation unit for deriving a plurality of indices including
Each of the plurality of indices derived based on future weather conditions by the index deriving unit is classified based on criteria for each index, and turbulence is detected based on the pattern of the classification result of the plurality of indices and criteria. a probability derivation unit that derives the probability of occurrence;
Obtaining a conditional probability that turbulence will occur for each of the plurality of indicators having a causal relationship with the occurrence of the turbulence for each of the patterns of classification results obtained by classifying each of the plurality of indicators based on the criteria for each indicator; A criterion setting unit that sets the criterion for the pattern of the classification result based on the conditional probability, and is a Bayesian network method formed by a causal relationship between the occurrence of the turbulence and the plurality of indices. A criterion setting unit that determines the conditional probability that turbulence will occur using
A weather forecasting device.
前記第1指標は、リチャードソン数である、
請求項1に記載の気象予測装置。
wherein the first index is the Richardson number;
The weather prediction device according to claim 1.
気象に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて将来の気象状態を予測し、予測した将来の気象状態を前記指標導出部に出力する予測結果出力部を、更に備える、
請求項1または2に記載の気象予測装置。
a prediction result output unit that acquires information about weather, predicts future weather conditions based on the acquired information, and outputs the predicted future weather conditions to the index derivation unit;
The weather prediction device according to claim 1 or 2.
前記確率導出部により導出された乱気流が発生する確率を示す情報を含む画像を生成し、生成した情報を表示部に表示させる情報生成部を、更に備える、
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の気象予測装置。
An information generation unit that generates an image containing information indicating the probability of occurrence of turbulence derived by the probability derivation unit and displays the generated information on a display unit, further comprising:
The weather prediction device according to any one of claims 1 to 3.
コンピュータが、
入力された気象状態に基づいて、乱気流の発生しやすさを示す第1指標と、温位の高度方向の変化度合を示す第2指標と、上昇気流または下降気流の強さを示す第3指標とを含む複数の指標を導出する指標導出処理と
前記指標導出処理により将来の気象状態に基づいて導出された前記複数の指標のそれぞれを指標ごとの基準に基づいて分類し、前記複数の指標の分類結果のパターンと判定基準とに基づいて乱気流が発生する確率を導出する確率導出処理と、
前記複数の指標のそれぞれを指標ごとの基準に基づいて分類した分類結果のパターンのそれぞれに対し、前記乱気流の発生に因果関係を有する前記複数の指標ごとに乱気流が発生する条件付き確率を求め、前記条件付き確率に基づいて、前記分類結果のパターンに対する前記判定基準を設定する設定処理であって、前記乱気流の発生と前記複数の指標との因果関係とにより形成されるベイジアンネットワークの手法を用いて乱気流が発生する条件付き確率を求める設定処理と
を実行する気象予測方法。
the computer
Based on the input meteorological conditions, the first index indicates the likelihood of occurrence of turbulence, the second index indicates the degree of change in the altitude direction of potential temperature, and the third index indicates the strength of updraft or downdraft. an index derivation process for deriving a plurality of indices including
Each of the plurality of indices derived based on future weather conditions by the index deriving process is classified based on criteria for each index, and turbulence is detected based on the pattern of the classification results of the plurality of indices and criteria. A probability derivation process for deriving the probability of occurrence;
Obtaining a conditional probability that turbulence will occur for each of the plurality of indicators having a causal relationship with the occurrence of the turbulence for each of the patterns of classification results obtained by classifying each of the plurality of indicators based on the criteria for each indicator; A setting process for setting the criterion for the pattern of the classification result based on the conditional probability, using a Bayesian network technique formed by the causal relationship between the occurrence of the turbulence and the plurality of indicators. A setting process for obtaining the conditional probability that turbulence will occur at
A weather forecasting method that performs
コンピュータに、
入力された気象状態に基づいて、乱気流の発生しやすさを示す第1指標と、温位の高度方向の変化度合を示す第2指標と、上昇気流または下降気流の強さを示す第3指標とを含む複数の指標を導出する指標導出処理と
前記指標導出処理により将来の気象状態に基づいて導出された前記複数指標のそれぞれを指標ごとの基準に基づいて分類し、前記複数の指標の分類結果のパターンと判定基準とに基づいて乱気流が発生する確率を導出する確率導出処理と、
前記複数の指標のそれぞれを指標ごとの基準に基づいて分類した分類結果のパターンのそれぞれに対し、前記乱気流の発生に因果関係を有する前記複数の指標ごとに乱気流が発生する条件付き確率を求め、前記条件付き確率に基づいて、前記分類結果のパターンに対する前記判定基準を設定する設定処理であって、前記乱気流の発生と前記複数の指標との因果関係とにより形成されるベイジアンネットワークの手法を用いて乱気流が発生する条件付き確率を求める設定処理と
を実行させるプログラム。
to the computer,
Based on the input meteorological conditions, the first index indicates the likelihood of occurrence of turbulence, the second index indicates the degree of change in the altitude direction of potential temperature, and the third index indicates the strength of updraft or downdraft. an index derivation process for deriving a plurality of indices including
Each of the plurality of indices derived based on future weather conditions by the index deriving process is classified based on criteria for each index, and turbulence is detected based on the pattern of classification results of the plurality of indices and criteria. A probability derivation process for deriving the probability of occurrence;
Obtaining a conditional probability that turbulence will occur for each of the plurality of indicators having a causal relationship with the occurrence of the turbulence for each of the patterns of classification results obtained by classifying each of the plurality of indicators based on the criteria for each indicator; A setting process for setting the criterion for the pattern of the classification result based on the conditional probability, using a Bayesian network technique formed by the causal relationship between the occurrence of the turbulence and the plurality of indicators. A setting process for obtaining the conditional probability that turbulence will occur at
program to run.
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