JPWO2016035496A1 - 気象レーダ制御装置、気象観測システム、気象レーダ制御方法、および気象レーダ制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】降雨をより早く検出する気象レーダ制御装置、気象観測システム、気象レーダ制御方法、および気象レーダ制御プログラムを提供する。【解決手段】大気の水蒸気量は、降雨の発生前に上昇する。よって、大気の水蒸気量が、所定の閾値以上の場合、または所定時間（例えば１分間）に所定の閾値以上上昇した場合、その後降雨が発生しやすい。制御手段は、予測手段が降雨を予測すると、該予測の結果に基づいて気象レーダに電波を発射させる。その結果、気象レーダは、降雨の発生を即座に検出することができる。【選択図】図１

Description

この発明は、電波を送信して、該電波の反射波を受信する気象レーダの制御に関する。

従来、周囲の降雨状況（発生位置および降水強度）を検出するために、気象レーダを水平に３６０度回転させて電波を送受信させることが行われていた（特許文献１を参照。）。

気象レーダから発射された電波は、雨粒で反射する。よって、降雨の発生位置は、電波の発射タイミング、反射波の受信タイミング、および電波の速度から求めることができる。降水強度は、反射波の減衰量に基づいて求められる。

特開平０８−０３６０５５号公報

しかし、気象レーダは、実際に降雨が発生しないと、降雨状況を検出できないため、雨雲の早期発見ができない。

また、気象レーダは、常時動作して全方向を観測すると、降雨の検出をする必要がない場合も電波を発射することになる。一方、降雨状況は、気象レーダが間欠的に動作する場合、早く検出されない場合がある。

そこで、この発明は、降雨をより早く検出する気象レーダ制御装置、気象観測システム、気象レーダ制御方法、および気象レーダ制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の気象レーダ制御装置は、回転して周囲に電波を発射して、該電波の反射波を受信して降雨状況を検出する気象レーダを制御する気象レーダ制御装置であって、大気の水蒸気量に相当する情報に基づいて降雨を予測する予測手段と、前記予測手段が前記降雨を予測した場合に、該予測の結果に基づいて前記気象レーダに前記電波を発射させる制御手段と、を備える。

大気の水蒸気量は、降雨の発生前に上昇する。よって、大気の水蒸気量が、所定の閾値以上の場合、または所定時間（例えば１分間）に所定の閾値以上上昇した場合、その後降雨は発生しやすい。

制御手段は、予測手段が降雨を予測すると、該予測の結果（例えば、降雨の発生有無や降雨の位置等）に基づいて気象レーダに電波を発射させる。その結果、気象レーダは、実際に降雨が発生する前に、電波を発射することができ、降雨を早く検出できる。

また、制御手段は、降雨の位置が予測されない場合、気象レーダに電波を発射させない。よって、本発明の気象レーダ制御装置は、気象レーダの無駄な消費電力を省くことができる。

また、前記予測手段は、ＧＰＳ信号の大気中の遅延量に基づいて前記大気の水蒸気量に相当する情報を求めることもできる。

ＧＰＳ信号は、電波からなるため、光速で伝播する。しかし、ＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星から地表に到達するまでに、大気での屈折により遅延する。大気の屈折率が高いと、ＧＰＳ信号は、より遅延する。屈折率は、大気の湿潤状態に依存し、大気が水蒸気を多く含むほど、高くなる。よって、ＧＰＳ信号は、水蒸気を多く含んだ湿った大気を通過すると、乾燥した大気を通過する場合に比べて、より遅延する。そこで、予測手段は、ＧＰＳ信号の遅延量（例えば時間又は距離）を大気の水蒸気量に相当する情報として求める。

また、前記予測手段は、前記遅延量が所定の閾値以上増加すると、前記ＧＰＳ信号を受信した位置に前記降雨があると予測する。

前記予測手段は、複数の位置において前記遅延量を求め、前記遅延量が最も大きい位置に前記降雨があると予測してもよい。

この構成により、気象レーダ制御装置は、降雨が発生する確率が高い位置を予測することができる。

また、前記予測手段は、所定時間あたりの前記遅延量が第２の所定の閾値以上増加すると、前記ＧＰＳ信号を受信した位置に前記降雨があると予測することも可能である。

前記予測手段は、複数の位置において前記遅延量を求め、前記所定時間あたりの前記遅延量が最も増加した位置に前記降雨があると予測してもよい。

また、前記予測手段は、前記複数の位置以外の位置における前記遅延量を、前記複数の位置における前記遅延量から補間することができる。

大気の湿潤状態は、空間的に連続するとみなすと、ＧＰＳ信号の遅延量も、空間的に連続するとみなすことができる。よって、任意の位置における遅延量は、当該位置でＧＰＳ信号を受信できなくても、ＧＰＳ信号を受信した周囲の位置の遅延量から補間される。ＧＰＳ信号の遅延量は、たとえば、複数の位置における遅延量と複数の位置からの距離とを用いて算出される加重平均値として求められる。

また、気象レーダ制御装置は、地図画像と雨雲画像とを含む気象画像を受信する画像受信手段を、さらに備え、前記予測手段は、前記画像受信手段が受信した気象画像を解析して、前記降雨の位置を予測してもよい。

雨雲画像は、地図上に雲の厚みを例えば濃淡で表示した画像である。濃淡は、大気の水蒸気量に相当する情報である。気象レーダ制御装置は、ＧＰＳ信号の情報が利用できなくても、降雨の位置を予測することができる。

また、前記制御手段は、前記気象レーダを間欠的に回転させ、前記予測手段が前記降雨を予測した場合に、前記気象レーダを連続的に回転させてもよく、気象レーダ制御装置により気象レーダは、間欠回転時よりも早く降雨を検出することができる。

また、前記制御手段は、前記気象レーダを基準として前記予測手段が予測した降雨の位置が存在する方位を目標方位として算出し、前記目標方位を含む所定の角度範囲内に前記気象レーダを向けることも可能である。

気象レーダ制御装置は、降雨が発生しそうにない位置に気象レーダを向かせないため、気象レーダの無駄な動作時間及び消費電力を抑えることができる。

また、前記制御手段は、前記気象レーダが前記所定の角度範囲内に向いているときの回転速度を、前記所定の角度範囲外に前記気象レーダが向いているときの回転速度より低くしてもよいし、前記目標方位と前記気象レーダが向いている方位との偏角が小さければ小さいほど、前記気象レーダの回転速度を、低くしてもよい。

また、前記制御手段は、前記気象レーダを基準として前記予測手段が予測した降雨の位置が存在する方位を目標方位として算出し、前記目標方位を含む所定の角度範囲内に前記気象レーダが向いているときの前記電波の発射間隔を、前記所定の角度範囲外に前記気象レーダが向いているときの前記電波の発射間隔より短くしてもよいし、前記目標方位と前記気象レーダが向いている方位との偏角が小さければ小さいほど、前記気象レーダの前記電波の発射間隔を、短くしてもよい。

気象レーダ制御装置は、降雨が発生すると予測した位置周辺において、回転速度を低くしたり、電波の発射間隔を短くしたりすることによって、気象レーダの分解能を上げることができる。

本発明は、気象レーダ制御装置に限らず、気象観測システム、気象レーダ制御方法、又は気象レーダ制御装置に実行される気象レーダ制御プログラムであっても構わない。

この発明によれば、気象レーダ制御装置は、降雨の位置を予測し、降雨の発生前に気象レーダを当該位置に向かせるため、降雨を早く検出できる。

気象観測システム１００を構成する装置の設置位置および各装置のブロック図を示す図である。 遅延量ＺＷＤのデータを示す画像である。 遅延量ＺＷＤを地図上に表示した図である。 遅延量ＤＢ３４に記憶されているデータの一部を示す図である。 気象レーダ２７が電波を発射する角度範囲を示す図である。 気象観測システム１００の動作を示すフローチャートである。 遅延量ＺＷＤと雨量との関係を示すグラフである。

図１（Ａ）は、本実施形態にかかる気象観測システム１００を構成するＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎ、気象レーダ２７をそれぞれ備える気象レーダ装置２Ａ〜２Ｃ、および観測サーバ３のそれぞれの設置位置を示す地図である。

１４台のＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎは、図１（Ａ）の白丸に示すように、例えば大阪湾周辺地域および大阪湾の海上に固定的にそれぞれ設置されている。気象レーダ装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、図１（Ａ）の白四角に示すように、例えば神戸市、洲本市、および紀の川市にそれぞれ設置されている。観測サーバ３は、例えば八尾市に設置されている。

本実施形態の気象観測システム１００は、観測サーバ３がＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎから受信したデータに基づいて、降雨の位置を予測し、予測した位置に各気象レーダ２７をそれぞれ向けて、迅速に降雨を検出するものである。

次に、図１（Ｂ）は、ＧＰＳ受信装置１Ａ、気象レーダ装置２Ａ、および観測サーバ３のブロック図である。なお、ＧＰＳ受信装置１Ｂ〜１Ｎは、ＧＰＳ受信装置１Ａと同じ構成を備える。また、気象レーダ装置２Ｂおよび２Ｃは、気象レーダ装置２Ａと同じ構成を備える。

ＧＰＳ受信装置１Ａは、制御部１０、位置情報記憶部１１、時間情報生成部１２、ＧＰＳアンテナ１３、ＧＰＳ受信部１４、および通信アンテナ１５、および通信部１６からなる。

制御部１０は、ＧＰＳ受信部１４、および通信部１６を統括して制御する。位置情報記憶部１１は、ＧＰＳ受信装置１Ａが設置されている位置の情報を記憶している。位置の情報は、緯度、経度、および高度からなる。位置の情報は、制御部１０に読み出される。時間情報生成部１２は、精度の高い原子時計を備える。時間情報生成部１２から出力される時間情報は、制御部１０に読み出される。

ＧＰＳアンテナ１３は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するアンテナである。ＧＰＳ信号は、定期的（たとえば１秒毎）に、ＧＰＳ衛星から送信される。ＧＰＳアンテナ１３に受信されたＧＰＳ信号は、ＧＰＳ受信部１４に出力される。ＧＰＳ受信部１４は、入力されたＧＰＳ信号を解読し、ＧＰＳ航法メッセージを抽出する。

ここで、ＧＰＳ信号と降雨の予測との関係について説明する。ＧＰＳ信号は、大気の水蒸気によって屈折し、遅延する。ＧＰＳ信号の遅延量は、大気の水蒸気量に依存し、水蒸気量が多いと、多くなる。水蒸気量は、降雨発生前に増加するため、ＧＰＳ信号の遅延量は、降雨に先立って増加する。また、水蒸気量は、急激に増加すると、突然降雨が発生する。ＧＰＳ信号の遅延量も、急激に増加すると、突然降雨が発生することがある。

そこで、制御部１０は、遅延量ＺＷＤ（天頂湿潤遅延量）を求め、観測サーバ３は、求められた遅延量ＺＷＤに基づいて降雨を予測する。観測サーバ３の降雨の予測については、後述する。

遅延量ＺＷＤは、ＧＰＳ信号が中性大気の湿潤大気で遅延する時間に対応する天頂方向の距離である。制御部１０は、全体の遅延量ＺＴＤから乾燥大気による遅延量ＺＨＤを除算して遅延量ＺＷＤを求める。全体の遅延量ＺＴＤは、ＧＰＳ信号が真空中を進行した時の伝送経路から延びた伝送経路を示す。全体の遅延量ＺＴＤは、ＧＰＳ信号に基づいて求められる経路増加分を天頂方向に投影することで求められる。乾燥大気による遅延量ＺＨＤは、地上気圧から求めることが可能であり、以下の式１によって求められる。

すなわち、乾燥大気による遅延量ＺＨＤは、ＧＰＳ受信装置１Ａの地上気圧Ｐ_０、緯度ψ、及び楕円体高Ｈに基づいて求められる。

以上のようにして、制御部１０は、遅延量ＺＷＤを求める。なお、制御部１０は、遅延量ＺＨＤを求めず、全体の遅延量ＺＴＤを求めるだけであってもよい。また、遅延量ＺＷＤを求める方法は、上述の方法に限らないし、遅延量ＺＷＤは、天頂方向に投影されない量であっても構わない。

図７は、任意の位置で算出された遅延量ＺＷＤと、当該位置で観測された雨量との関係を示すグラフである。図７に示すように、降雨は、遅延量ＺＷＤが２６．５ｃｍを超え、かつ数分で０．５ｃｍ増加した直後に、観測されている。

制御部１０は、所定の算出タイミング毎（例えば３０秒毎）に、遅延量ＺＷＤを算出する。ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎは、同じ算出タイミングで遅延量ＺＷＤをそれぞれ算出する。

通信アンテナ１５は、通信用の無線信号を送受信するアンテナである。通信アンテナ１５は、通信部１６の制御により、無線信号を送受信する。ＧＰＳ受信装置１Ａは、通信部１６を介して観測サーバ３と通信する。通信部１６は、制御部１０の制御に従い、識別情報、遅延量ＺＷＤ、および算出タイミングを、観測サーバ３に送信する。識別情報は、観測サーバ３がＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎを識別するための情報である。

次に、気象レーダ装置２Ａは、気象レーダ制御装置２０および気象レーダ２７からなる。気象レーダ２７は、広域用レーダである。気象レーダ２７は、例えば、高度２ｋｍ以上１０ｋｍ未満であって、水平方向に３０ｋｍ遠方までの降雨状況（発生位置および降雨強度）を検出する。気象レーダ２７は、水平に３６０度回転する直径１０ｍのパラボラアンテナを備える。気象レーダ２７は、気象レーダ制御装置２０の制御に従い、パラボラアンテナを回転して電波（マイクロ波）を発射する。発射された電波は、大気中の雨粒で反射する。すると、気象レーダ２７は、発射した電波の反射波を受け取る。気象レーダ２７は、受け取った反射波に基づく信号を気象レーダ制御装置２０に出力する。

気象レーダ制御装置２０は、制御部２１、通信アンテナ２２、通信部２３、位置情報記憶部２４、動作制御部２５、およびレーダ信号入力部２６からなる。

制御部２１は、気象レーダ制御装置２０の各機能部を統括的に制御する。

通信アンテナ２２は、通信用の無線信号を送受信するアンテナである。通信アンテナ２２は、通信部２３の制御により、無線信号を送受信する。気象レーダ制御装置２０は、通信部２３を介して観測サーバ３と通信する。

位置情報記憶部２４は、気象レーダ２７が設置されている位置の情報を記憶している。位置の情報は、緯度及び経度からなる。

動作制御部２５は、制御部２１の制御に基づき、レーダ制御情報を生成する。レーダ制御情報は、回転開始方位、回転方向、回転速度、回転数、および電波発射間隔からなる。回転開始方位は、真北を基準として気象レーダ２７のパラボラアンテナが回転を始める絶対方位である。本実施形態は、真北を方位角０度とし、真北から時計回りの方位をプラスとし、真北から反時計回りの方位をマイナスとする。回転方向は、時計回りまたは反時計回りに設定される。回転速度は、パラボラアンテナが回転する速度である。電波発射間隔は、パラボラアンテナが回転し始めてから電波を発射する時間間隔である。動作制御部２５は、レーダ制御情報を送信することにより、気象レーダ２７を制御する。例えば、動作制御部２５は、方位角１０度から方位角２０度までの角度範囲で電波を発射させるように、気象レーダ２７を制御する。

レーダ信号入力部２６は、気象レーダ２７から出力された反射波に基づく信号を受け取る。制御部２１は、気象レーダ２７から電波が反射した位置までの距離Ｒ及び電波を発射した方位角θに信号の強度（エコー強度）を対応付けたエコーデータを生成する。距離Ｒは、電波を発射させたタイミングから、反射波の受波が検知されたタイミングまでの時間に基づいて求められる。

通信部２３は、制御部２１の制御に従い、エコーデータと、気象レーダ２７の位置の情報とを観測サーバ３に送信する。

次に、観測サーバ３は、制御部３１、通信アンテナ３２、通信部３３、遅延量ＤＢ３４、表示データ生成部３５、およびモニタ３６からなる。

通信アンテナ３２は、通信用の無線信号を送受信するアンテナである。通信アンテナ３２は、通信部３３の制御により、無線信号を送受信する。観測サーバ３は、通信部３３を介してＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎおよび気象レーダ装置２Ａ〜２Ｃと通信する。

表示データ生成部３５は、制御部３１の制御に基づいて、モニタ３６に表示する画像を生成する。

制御部３１は、観測サーバ３の各機能部を統括して制御する。制御部３１は、データ収集部３１１、データ補間部３１２、および降雨位置予測部３１３を機能部として含む。

データ収集部３１１は、気象レーダ装置２Ａ〜２Ｃからエコーデータと各気象レーダ２７の位置の情報とを収集する。収集したエコーデータは、例えば、表示データ生成部３５により、地図上に降雨の発生を表示するために用いられる。また、エコーデータは、より詳細な降雨状況の検出のため、分析されてもよい。

また、データ収集部３１１は、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎから識別情報、遅延量ＺＷＤ、および算出タイミングを収集する。

図２（Ａ）は、データ収集部３１１がＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎから収集したデータの例を示す図である。データ収集部３１１は、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎの識別情報にそれぞれ対応した位置情報をあらかじめ記憶している。データ収集部３１１は、図２（Ａ）に示すように、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎ毎に、算出タイミングｔと遅延量ＺＷＤとを対応付けて収集する。

データ補間部３１２は、データ収集部３１１が収集したデータを用いて、いずれのＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎも設置されていない位置における遅延量ＺＷＤを算出して補間する。

大気の湿潤状態は、空間的に連続するとみなすと、ＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤも、空間的に連続するとみなすことができる。よって、データ補間部３１２は、いずれのＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎも設置されていない位置におけるＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤを、当該位置の周辺に設置されたＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎに対応する遅延量ＺＷＤから推定する。例えば、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎが設置されていない位置Ｚにおける遅延量ＺＷＤは、位置ＺからＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎまでのそれぞれの距離と、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎに対応するそれぞれの遅延量ＺＷＤとを用いた加重平均値として求められる。データ補間部３１２は、補間した遅延量ＺＷＤを算出タイミング毎に遅延量ＤＢ３４に記憶する。

降雨の予測は、遅延量ＺＷＤが補間されることにより、ＧＰＳ信号を受信できない位置においても可能となる。

図２（Ｂ）は、遅延量ＤＢ３４に記憶されているデータを示す図である。図２（Ｂ）において、算出タイミングは、算出タイミングｔが新しく、算出タイミングｔ−１、算出タイミングｔ−２、算出タイミングｔ−３と順次古い。遅延量ＤＢ３４は、図２（Ｂ）に示すように、緯度及び経度をそれぞれ０．０２度毎に区切った各位置における遅延量ＺＷＤを、算出タイミング毎に記憶する。

図３は、遅延量ＤＢ３４のデータ、および地図画像を用いて表示データ生成部３５が生成した画像である。地図画像は、予め観測サーバ３に記憶されている。モニタ３６は、図３に示すように、各位置における遅延量ＺＷＤが表示（例えば濃淡表示）された画像を表示する。

次に、図４を用いて降雨位置予測部３１３の機能について説明する。図４は、説明のために遅延量ＤＢ３４に記憶されているデータの一部を示す図である。

降雨位置予測部３１３は、遅延量ＤＢ３４のデータを読み取って、降雨の位置を予測する。具体的には、降雨位置予測部３１３は、最新の算出タイミングｔにおける遅延量ＺＷＤが所定の閾値（例えば２６．５ｃｍ）以上の位置を絞り込む。そして、降雨位置予測部３１３は、絞り込んだ位置のうち、算出タイミングｔ−１から最も遅延量ＺＷＤが増加した位置に降雨が発生すると予測する。

上述の絞り込みにより、降雨位置予測部３１３は、図４に示す遅延量ＤＢ３４のデータにおいて、緯度３４．５０、経度１３５．０２の位置に降雨が発生すると予測する。ただし、遅延量ＺＷＤの増加量は、算出タイミングｔおよび算出タイミングｔ−１におけるそれぞれ遅延量ＺＷＤから求められたが、算出タイミングｔ及び算出タイミングｔ−１のタイミングに限らない。例えば、遅延量ＺＷＤの増加量は、算出タイミングｔにおける遅延量ＺＷＤから、算出タイミングｔ−２における遅延量ＺＷＤを除算した値であってもよい。また、遅延量ＺＷＤの増加量は、３以上の算出タイミングにおける遅延量ＺＷＤに基づく平均増加量としてもよい。

通信部３３は、降雨が発生しうる位置である降雨予測位置を制御部３１が予測すると、緯度及び経度からなる降雨予測位置の情報（例えば、図４の例において、緯度３４．５０及び経度１３５．０２）を気象レーダ装置２Ａ〜２Ｃに送信する。

気象レーダ装置２Ａ〜２Ｃの説明に戻り、気象レーダ制御装置２０の通信部２３は、降雨予測位置の情報を受信する。そして、制御部２１は、受信した降雨予測位置の情報に基づいて、気象レーダ２７の位置を基準とした降雨予測位置が存在する絶対方位である目標方位を算出する。具体的には、制御部２１は、降雨予測位置および気象レーダ２７の位置のそれぞれの緯度および経度から、目標方位を算出する。そして、制御部２１は、算出した目標方位を動作制御部２５に出力する。なお、制御部２１は、降雨予測位置の情報を受け取れない場合、気象レーダ２７を停止させる制御指示を動作制御部２５に送ってもよい。

動作制御部２５は、基本動作として、気象レーダ２７を間欠回転させる。例えば、動作制御部２５は、気象レーダ２７を１５分に１回、回転させる。具体的には、動作制御部２５は、例えば回転開始方位角０度、時計回りの回転方向、回転速度１度／秒、回転数１回、及び電波発射間隔０．５秒からなるレーダ制御情報を１５分毎に生成する。

これに対し、動作制御部２５は、目標方位が入力されると、気象レーダ２７を連続回転させる。例えば、動作制御部２５は、間欠回転用のレーダ制御情報による動作を停止させ、常に気象レーダ２７を動作させるようにレーダ制御情報を生成する。動作制御部２５は、例えば、回転開始方位角０度、時計回りの回転方向、回転速度１度／秒、回転数を無制限、及び電波発射間隔０．５秒からなるレーダ制御情報を生成する。これにより、気象レーダ２７は、常時動作する。

以上のように、気象レーダ２７は、ＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤに基づいて降雨が予測されると、連続回転するため、間欠回転動作時よりも早く降雨を検出することができる。

動作制御部２５は、目標方位周辺で回転速度を低くし、又は電波発射間隔を短くして、気象レーダ２７の分解能を上げることもできる。具体的には、動作制御部２５は、目標方位と含む所定の角度範囲（例えば目標方位角プラスマイナス３度）で、例えば回転速度を０．５度／秒とし、電波発射間隔０．２秒とする。

さらに、動作制御部２５は、気象レーダ２７が目標方位に向くにつれて、回転速度を徐々に下げ、又は電波発射間隔を徐々に短くすることも可能である。この場合、回転速度Ｖｒ及び電波発射間隔Ｔｓは、以下の式に基づいて設定される。

Ｖｒ ＝ Ｖｍｉｎ ＋ ｋ_１ψ
Ｔｓ ＝ Ｔｍｉｎ ＋ ｋ_２ψ
すなわち、回転速度Ｖｒは、気象レーダ２７の向いている方位と目標方位との偏角ψに所定の係数ｋ_１を乗算した値と、最小回転速度Ｖｍｉｎと、の合計値として設定される。電波発射間隔Ｔｓは、気象レーダ２７の向いている方位と目標方位との偏角ψに所定の係数ｋ_２を乗算した値と、最小電波発射間隔Ｔｍｉｎと、の合計値として設定される。なお、回転速度Ｖｒ及び電波発射間隔Ｔｓは、上述の式によって求められることに限らず、段階的に低く（短く）設定されてもよい。

また、動作制御部２５は、目標方位を含む所定の角度範囲だけで回転するレーダ制御情報を生成することも可能である。具体的には、目標方位がマイナス１６５度の方位とすると、動作制御部２５は、例えばマイナス１６０度の方位を回転開始方位とし、反時計回りを回転方向とし、０．５度／秒を回転速度とし、１／３６回を回転数とする。すると、気象レーダ２７は、マイナス１６０度の方位からマイナス１７０度の方位まで反時計回りに回転しながら電波を発射する。

図５は、各気象レーダ２７が電波を発射する方向を地図上で示した図である。図５に示すように、気象レーダ装置２Ａ〜２Ｃの各気象レーダ２７は、降雨予測位置Ｍのある方向を含むように、所定の角度範囲で電波を発射する。

なお、回転開始方位と回転方向とは、気象レーダ２７が向いている方位を基準とした目標方位の相対角度に基づいて設定されてもよい。例えば、動作制御部２５は、相対角度が０度以上〜１８０度未満の場合、回転方向を時計回りとし、回転開始方位を目標方位から所定の角度で反時計回りの方位とし、相対角度が１８０度以上〜３６０度未満の場合、回転方向を反時計回りとし、回転開始方位を目標方位から所定の角度で時計回りの方位と設定する。

気象レーダ制御装置２０の制御部２１は、通信部２３を介して、エコーデータ及び気象レーダ２７の位置の情報を観測サーバ３に送信する。

以上のように、気象観測システム１００は、降雨を予測すると、該予測の結果に基づいて気象レーダ２７に電波を発射させる。その結果、気象レーダ２７は、実際に降雨が発生する前に、電波を発射することができ、降雨を早く検出できる。

また、気象観測システム１００は、通常時（降雨が予測されない時）、気象レーダ２７を間欠回転させる。ＧＰＳ受信に必要な消費電力は、気象レーダ２７の消費電力よりも格段に小さい。よって、気象観測システム１００全体の消費電力は、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎを常時動作させても、気象レーダ２７を常時動作させるときと比べて、小さくなる。さらに、気象観測システム１００は、通常時、気象レーダ２７を停止させておくこともでき、さらに、全体の消費電力を小さくすることも可能である。

また、気象観測システム１００は、気象レーダ２７が低い高度（例えば高度２ｋｍ未満）に発生した雲を検出できなくても、遅延量ＺＷＤの増加を検出できる。よって、気象観測システム１００は、気象レーダ２７で検出するのが難しい低高度の雲からの降雨を予測できる。

なお、本実施形態において、遅延量ＺＷＤの算出タイミングは、３０秒毎である例を示したが、気象観測システム１００は、算出タイミングの間隔を短くすれば、さらに早く降雨を検出することができる。

また、気象観測システム１００は、降雨予測位置が存在する目標方位を含む所定の角度範囲だけで気象レーダ２７を回転させ、降雨が発生しそうにない位置に気象レーダ２７を向かせないため、より早く降雨の発生を検出できる。この場合、気象観測システム１００は、降雨が発生しそうにない位置に気象レーダ２７を向かせないことにより、消費電力を抑えることもできる。

また、気象観測システム１００は、目標方位を含む所定の角度範囲で気象レーダ２７の回転速度を低くし、又は電波発射間隔を短くするため、降雨予測位置周辺でより詳細に降雨の状況を検出できる。さらに、気象観測システム１００は、気象レーダ２７が目標方位に向くにつれて、徐々に分解能を上げることもできる。

また、気象観測システム１００は、ＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤの増加量が最も大きい位置を降雨予測位置と予測する。よって、気象観測システム１００は、降雨が突然発生しそうな位置に気象レーダ２７を向けることができる。

次に、本実施形態にかかる気象観測システム１００の処理について、図６を用いて説明する。図６は、ＧＰＳ受信装置１Ａ、気象レーダ制御装置２０、および観測サーバ３の動作を示すフローチャートである。

まず、ＧＰＳ受信装置１Ａの処理について説明する。制御部１０は、位置情報記憶部１１から位置情報を読み出す（Ｓ１０１）。そして、制御部１０は、ＧＰＳ受信部１４からＧＰＳ航法メッセージを読み出す（Ｓ１０２）。

次に、制御部１０は、ＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤを算出する（Ｓ１０３）。そして、通信部１６は、算出された遅延量ＺＷＤおよび算出タイミングｔを観測サーバ３に送信する（Ｓ１０４）。

制御部１０は、時間情報生成部１２から出力される時間が次の算出タイミングｔ＋１になったか否かを判断する（Ｓ１０５）。制御部１０は、時間が次の算出タイミングｔ＋１になれば（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に戻り、遅延量ＺＷＤを算出する処理を繰り返す。制御部１０は、時間が次の算出タイミングｔ＋１でなければ（Ｓ１０５：Ｎｏ）、次の算出タイミングまで待機する。

ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎは、以上のように、算出タイミング毎（例えば３０秒毎）に、遅延量ＺＷＤ、算出タイミング、および識別情報を観測サーバ３にそれぞれ送信する。

次に、観測サーバ３の処理について説明する。制御部３１のデータ収集部３１１は、通信部３３を介して、算出タイミング毎にＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎから遅延量ＺＷＤ、算出タイミング、および識別情報を収集する（Ｓ３０１）。

データ補間部３１２は、データ収集部３１１が収集したデータから、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎが設置されていない位置におけるＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤを算出して補間する（Ｓ３０２）。補間された遅延量ＺＷＤは、遅延量ＤＢ３４に記憶される（Ｓ３０２）。

次に、降雨位置予測部３１３は、遅延量ＤＢ３４のデータを用いて、降雨予測位置を予測する（Ｓ３０３）。

通信部３３は、降雨可能位置が予測されれば（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、降雨予測位置の情報を、気象レーダ制御装置２０に送信する（Ｓ３０５）。

制御部３１は、降雨予測位置が予測されないと（Ｓ３０４：Ｎｏ）、処理を終了する。

次に、気象レーダ制御装置２０の処理について説明する。制御部２１は、位置情報を読み出す（Ｓ２０１）。制御部２１は、通信部２３が降雨予測位置の情報を受信すると（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０３に進む。制御部２１は、通信部２３が降雨予測位置の情報を受信しないと（Ｓ２０２：Ｎｏ）、待機する。この場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）、気象レーダ２７は、基本動作として、所定時間毎に回転する間欠回転を行う。

制御部２１は、ステップＳ２０３に進むと、目標方位を算出し、目標方位を動作制御部２５に送る。そして、動作制御部２５は、目標方位を含むように回転して電波を発射するようなレーダ制御情報を生成する（Ｓ２０３）。そして、レーダ信号入力部２６は、反射波からなる信号を受信する（Ｓ２０４）。

そして、通信部２３は、エコーデータを作成し、エコーデータと気象レーダ２７の位置の情報とを観測サーバ３に送信する（Ｓ２０５）。制御部２１は、エコーデータと気象レーダ２７の位置の情報とが送信されると、動作制御部２５に基本動作（間欠回転）するような制御指示を出力する（Ｓ２０６）。すると、気象レーダ２７は、間欠回転を行う。

なお、本実施形態は、降雨予測位置を１カ所だけ予測したが、複数の降雨予測位置を予測してもよい。例えば、降雨位置予測部３１３は、遅延量ＺＷＤの増加量が所定の閾値以上の位置を複数選択する。

また、降雨位置予測部３１３は、遅延量ＺＷＤと、遅延量ＺＷＤの増加量とを用いて、降雨予測位置を予測したが、遅延量ＺＷＤまたは遅延量ＺＷＤの増加量のいずれかを用いるだけで、降雨予測位置を予測してもよい。

また、降雨位置予測部３１３は、最新の算出タイミングｔのみにおける遅延量ＺＷＤを用いて降雨予測位置を予測してもよい。例えば、降雨位置予測部３１３は、算出タイミングｔのみにおいて遅延量ＺＷＤが所定の閾値以上の位置を選択する。さらに、降雨位置予測部３１３は、算出タイミングｔにおいて最大の遅延量ＺＷＤとなる位置を１カ所だけ選んでもよい。

また、遅延量ＺＷＤは、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎがなくても、算出可能である。電子基準点で受信されたＧＰＳ信号のデータは、インターネット上で利用できる。よって、気象観測システム１００がＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎを備えない場合、観測サーバ３は、インターネット上で利用できるＧＰＳデータを通信部３３経由で取得し、各位置におけるＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤを求めることができる。

また、本実施形態において、遅延量ＺＷＤは、距離であるが、対流圏において湿潤大気によりＧＰＳ信号が地表に到達するまでに遅延した時間であってもよい。

また、本実施形態は、ＧＰＳ信号の遅延量ＺＷＤに基づいて降雨予測位置を予測したが、遅延量ＺＷＤを用いない態様であってもよい。観測サーバ３は、遅延量ＺＷＤを用いない場合、例えばインターネット上で利用可能な雨雲画像を通信部３３経由で取得する。雨雲画像は、地図上に雲の厚み（大気の水蒸気量に相当する情報）が濃淡で表示された画像である。そして、観測サーバ３は、画像解析により雨雲の厚い位置（濃く表示された位置）を地図上で特定し、降雨予測位置として予測する。

なお、本実施形態では、各気象レーダ制御装置２０と観測サーバ３とが別体であるが、観測サーバ３の各構成を各気象レーダ制御装置２０が備える態様であっても構わない。

また、ＧＰＳ受信装置１Ａ〜１Ｎの制御部１０、各気象レーダ制御装置２０の制御部２１及び動作制御部２５、および観測サーバ３の制御部３１は、ハードウェアに限らず、それぞれプログラムによって実現されてもよい。この場合、各プログラムは、記憶装置に記憶される。そして、各プログラムは、起動時に読み出されることにより、処理を行う。

１Ａ〜１Ｎ…ＧＰＳ受信装置
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…気象レーダ装置
３…観測サーバ
１０…制御部
１１…位置情報記憶部
１２…時間情報生成部
１３…ＧＰＳアンテナ
１４…ＧＰＳ受信部
１５…通信アンテナ
１６…通信部
２０…気象レーダ制御装置
２１…制御部
２２…通信アンテナ
２３…通信部
２４…位置情報記憶部
２５…動作制御部
２６…レーダ信号入力部
２７…気象レーダ
３１…制御部
３２…通信アンテナ
３３…通信部
３４…遅延量ＤＢ
３５…表示データ生成部
３６…モニタ
１００…気象観測システム
３１１…データ収集部
３１２…データ補間部
３１３…降雨位置予測部

Claims (17)

1. 回転して周囲に電波を発射して、該電波の反射波を受信して降雨状況を検出する気象レーダを制御する気象レーダ制御装置であって、
   大気の水蒸気量に相当する情報に基づいて降雨を予測する予測手段と、
   前記予測手段が前記降雨を予測した場合に、該予測の結果に基づいて前記気象レーダに前記電波を発射させる制御手段と、
   を備える気象レーダ制御装置。
2. 請求項１に記載の気象レーダ制御装置であって、
   前記予測手段は、ＧＰＳ信号の大気中の遅延量に基づいて前記大気の水蒸気量に相当する情報を求める
   気象レーダ制御装置。
3. 請求項２に記載の気象レーダ制御装置であって、
   前記予測手段は、前記遅延量が所定の閾値以上増加すると、前記ＧＰＳ信号を受信した位置に前記降雨があると予測する
   気象レーダ制御装置。
4. 請求項３に記載の気象レーダ制御装置であって、
   前記予測手段は、複数の位置において前記遅延量を求め、前記遅延量が最も大きい位置に前記降雨があると予測する
   気象レーダ制御装置。
5. 請求項２に記載の気象レーダ制御装置であって、
   前記予測手段は、所定時間あたりの前記遅延量が第２の所定の閾値以上増加すると、前記ＧＰＳ信号を受信した位置に前記降雨があると予測する
   気象レーダ制御装置。
6. 請求項５に記載の気象レーダ制御装置であって、
   前記予測手段は、複数の位置において前記遅延量を求め、前記所定時間あたりの前記遅延量が最も増加した位置に前記降雨があると予測する
   気象レーダ制御装置。
7. 請求項４又は請求項６に記載の気象レーダ制御装置であって、
   前記予測手段は、前記複数の位置以外の位置における前記遅延量を、前記複数の位置における前記遅延量から補間する
   気象レーダ制御装置。
8. 請求項１に記載の気象レーダ制御装置であって、
   地図画像と雨雲画像とを含む気象画像を受信する画像受信手段を、さらに備え、
   前記予測手段は、前記画像受信手段が受信した気象画像を解析して、前記降雨を予測する
   気象レーダ制御装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の気象レーダ制御装置であって、
   前記制御手段は、前記気象レーダを間欠的に回転させ、
   前記予測手段が前記降雨を予測した場合に、前記気象レーダを連続的に回転させる
   気象レーダ制御装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の気象レーダ制御装置であって、
    前記制御手段は、前記気象レーダを基準として前記予測手段が予測した降雨の位置が存在する方位を目標方位として算出し、前記目標方位を含む所定の角度範囲内に前記気象レーダを向ける
    気象レーダ制御装置。
11. 請求項１０に記載の気象レーダであって、
    前記制御手段は、前記気象レーダが前記所定の角度範囲内に向いているときの回転速度を、前記所定の角度範囲外に前記気象レーダが向いているときの回転速度より低くする
    気象レーダ制御装置。
12. 請求項１１に記載の気象レーダ制御装置であって、
    前記制御手段は、前記目標方位と前記気象レーダが向いている方位との偏角が小さければ小さいほど、前記気象レーダの回転速度を、低くする
    気象レーダ制御装置。
13. 請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の気象レーダ制御装置であって、
    前記制御手段は、前記気象レーダが前記所定の角度範囲内に向いているときの前記電波の発射間隔を、前記所定の角度範囲外に前記気象レーダが向いているときの前記電波の発射間隔より短くする
    気象レーダ制御装置。
14. 請求項１３に記載の気象レーダ制御装置であって、
    前記目標方位と前記気象レーダが向いている方位との偏角が小さければ小さいほど、前記気象レーダの前記電波の発射間隔を、短くする
    気象レーダ制御装置。
15. 請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の気象レーダ制御装置と、前記気象レーダ制御装置によって制御される気象レーダと、からなる気象観測システム。
16. 回転して周囲に電波を発射して、該電波の反射波を受信して降雨状況を検出する気象レーダを制御する気象レーダ制御装置による気象レーダ制御方法であって、
    気象レーダ制御装置は、大気の水蒸気量に相当する情報に基づいて降雨を予測し、
    気象レーダ制御装置は、前記降雨を予測した場合に、該予測の結果に基づいて前記気象レーダに前記電波を発射させる
    気象レーダ制御方法。
17. 回転して周囲に電波を発射して、該電波の反射波を受信して降雨状況を検出する気象レーダを制御する気象レーダ制御装置により実行される気象レーダ制御プログラムであって、
    大気の水蒸気量に相当する情報に基づいて降雨を予測する予測ステップと、
    前記予測ステップが前記降雨を予測した場合に、該予測の結果に基づいて前記気象レーダに前記電波を発射させる制御ステップと、
    を実行する気象レーダ制御プログラム。

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