予測乱気流域解析装置
【課題】乱気流域の発現リスクの高い空域場所を高い精度で解析・予測することができ、乱気流域が予測される場合はその対応措置を事前に航空機等に伝送する予測乱気流域解析装置を提供する。
【解決手段】水平方向の格子点間隔が2km以下であり且つ鉛直方向の格子点間隔が300m以下である８個の格子点から成る直方体を最小単位として複数の格子点によって構成されたある特定空域の気象数学モデルを基に、気象庁から送信されてくる数値気象データを初期値・境界値として再計算し、新たな高分解能の数値気象データを作成する。そして、その高分解能の数値気象データを基にリチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)を算出し、これらの物理量を基に乱気流域をType1からType４のパターンに分類して予測する。また、予測乱気流域は、航空機または地上局に送信され、色分けやメッシュタイプにより表示される。
【解決手段】水平方向の格子点間隔が2km以下であり且つ鉛直方向の格子点間隔が300m以下である８個の格子点から成る直方体を最小単位として複数の格子点によって構成されたある特定空域の気象数学モデルを基に、気象庁から送信されてくる数値気象データを初期値・境界値として再計算し、新たな高分解能の数値気象データを作成する。そして、その高分解能の数値気象データを基にリチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)を算出し、これらの物理量を基に乱気流域をType1からType４のパターンに分類して予測する。また、予測乱気流域は、航空機または地上局に送信され、色分けやメッシュタイプにより表示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機前方の乱気流域を予測・表示する予測乱気流域解析装置、特に乱気流域の発現リスクの高い空域場所を高い精度で解析・予測することができ、乱気流域が予測される場合はその対応措置を事前に航空機等に伝送し、安全な航空機の運航の実現に寄与することが出来る予測乱気流域解析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から行われている乱気流域の予測は、定期的に気象庁から送られて来る天気図を用いて、乱気流域が発生した時の特徴を学習することで乱気流域の発生を予測している。この天気図は一日に２回、９時と２１時における風速、気温、気圧等が図となって次の日までのデータが提供される。従って、その時間間隔の中で発生する事象は天気図に示されずに埋もれてしまうことがあった。また、様々な乱気流域発生指標を作成し、気象予測計算データを用いてその指標を計算した乱気流域発生予測も行われてきたが、気象予測計算データの格子間隔が大きいため、やはりそのなかに埋もれてしまうことがあった。また、観測データを重視するという観点から、先行する航空機が乱気流に遭遇した場合に、その強さ、位置、高度をPIREP(Pirot Report）として報告されることから、それを無線で受信することで乱気流発生域の状況を把握することが行われてきた。しかし、一つの乱気流は寿命が短いため、後行する航空機が同じ場所で乱気流に遭遇するとは限らないこと、またその発生場所は知ることは出来たとしても、それがどこまで広がっているのか等の情報は知ることが出来ないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した通り、現状の気象庁から送られて来る天気図を基にした乱気流発生予測では、時間間隔の途中のデータが欠如し更にはデータを算出する気象予測モデルの格子点間隔が大きいため、その時間間隔の中で発生する乱気流域を予測することは難しいという問題がある。他方、先行する航空機からのPIREPに基づいた乱気流発生予測では、発生した場所は知ることは出来るが、その乱気流の大きさ等は知ることは出来ないという問題がある。
そこで、本発明は、上記実情に鑑み創案されたものであって、乱気流域の発現リスクの高い空域場所を高い精度で解析・予測することができ、乱気流域が予測される場合はその対応措置を事前に航空機等に伝送し、安全な航空機の運航の実現に寄与することが出来る予測乱気流域解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するための請求項１に記載の予測乱気流域解析装置は、航空機前方の乱気流域を予測・表示する装置であって、三次元格子点から成るある特定空域についての気象数学モデルを備えると共に、外部から送信されて来る上空および地上の風速や気温などの数値気象情報を該気象数学モデルの初期値・境界値として用いて更なる高分解能の数値気象情報を作成する気象予測モデル部と、該高分解能の数値気象情報に基づいて前記特定空域についてのリチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)を算出し乱気流域を予測する予測乱気流域計算解析部と、該乱気流域に関する情報を航空機または基地局に伝送するネットワーク部と、該乱気流域を航空機の航空路に対応して表示する予測乱気流域表示部とから成ることを特徴とする。
本願発明者が乱気流域の特徴について鋭意研究したところ、大部分の乱気流域はリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)によって特徴付けられることを見出した。従って、航空機の飛行空域におけるリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)を高精度に推定することができれば、航空機前方の乱気流を予測することが可能となる。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、気象予測モデル部は三次元格子点から成る気象数学モデルを備え、気象庁より一定時間間隔で送信されてくる数値気象情報を初期値・境界値としてその時間間隔の途中を補間する更なる高分解能の数値気象情報を作成する。そして、予測乱気流域計算解析部はこれら高分解能の数値気象情報を用いて航空機の飛行空域におけるリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)を高精度に推定する。これにより、航空機前方の乱気流域を高精度に予測することが可能となる。また、予測した乱気流域はネットワーク部を介して航空機または地上局の予測乱気流域表示部に送信されるので、航空機が安全に航行することが出来るようになる。
【０００５】
請求項２に記載の予測乱気流域解析装置では、前記気象数学モデルは、水平方向の格子点間隔が2km以下であり且つ鉛直方向の格子点間隔が300m以下である８個の格子点から成る直方体を最小単位として複数の格子点によって前記特定空域を模擬していることとした。
上記予測乱気流域解析装置では、気象数学モデルの格子点間隔を上記構成とすることにより、高分解の数値気象情報を作成することができ、その結果、航空機の飛行空域におけるリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)を高精度に推定することが可能となる。これにより乱気流域の発生位置だけでなくその大きさについても高精度に予測することが可能となる。
【０００６】
請求項３に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)を基準に、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)未満の場合を第１予測乱気流域と、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)以上であり且つ鉛直流が180cm/s以上である場合を第２予測乱気流域とすることとした。
本願発明者がリチャードソン数(RI)と乱気流域との相関関係について鋭意研究したところ、リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)を境にして大きく分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出したリチャードソン数(RI)によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【０００７】
請求項４に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)を基準に、該温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)以上であり且つ対流を起こしにくい安定域である場合をタイプ１の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者が第１予測乱気流域における温位鉛直勾配(Γ)と乱気流域との相関関係について鋭意研究したところ、温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)を境にして大きく分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【０００８】
請求項５に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が高い場合をタイプ２の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者は、温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満の第１予測乱気流域中の乱気流域が、対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が高い場合は、更に異なる乱気流域として分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)と他の数値気象情報によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【０００９】
請求項６に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が低く且つ山脈または孤立峰の風下でのリチャードソン数(RI)が0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)以下になる場合をタイプ３の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者は、温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満で対流を起こしやすい不安定域である第１予測乱気流域中の乱気流域が、高度が低く且つ山脈または孤立峰の風下でリチャードソン数(RI)が0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)以下になった場合は、更に異なる乱気流域として分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)と他の数値気象情報によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【００１０】
請求項７に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第２予測乱気流域の中で、前記リチャードソン数(RI)により計算される不安定性とは関係なく、鉛直流が180cm/s以上になる場合をタイプ４の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者は、第２予測乱気流域中の乱気流域について、リチャードソン数(RI)により計算される不安定性とは関係なく、鉛直流が180cm/s以上になる場合は、更に異なる乱気流域として分類できることを見出した。
上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)と他の数値気象情報によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【００１１】
請求項８に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記格子点で前記タイプ１から４の何れかの乱気流域が予測された場合には該格子点を囲む最小単位の立体を最小予測乱気流域と定義し、上下左右に最小乱気流域が連続する場合はこれらの立体全体を予測乱気流域とすることとした。
上記予測乱気流域解析装置では、上記構成とすることにより、乱気流域の発生位置だけでなくその大きさを高精度に予測することが可能となる。
【００１２】
請求項９に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ１またはタイプ２の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには高度を上昇または下降させることが効果的であることを認識させることとした。
タイプ１またはタイプ２の乱気流域は水平方向に広く、高度方向に薄いことが特徴である。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域表示部はパイロットにタイプ１またはタイプ２の乱気流域であることを色分け又はメッシュタイプにより視覚的に認識させるのと同時に、その乱気流域を避けるには、上下方向に移動することが効果的であることを認識させる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、その結果、安全な航空機の運航の実現に寄与するようになる。
【００１３】
請求項１０に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ３の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには実績のあるコースから外れた場所を航行しないことが効果的であることを認識させることとした。
タイプ３の乱気流域は地形と対応した場所で起き、遭遇する高度も低いことが特徴である。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域表示部はパイロットにタイプ３の乱気流域であることを色分け又はメッシュタイプにより視覚的に認識させるのと同時に、その乱気流域を避けるには、早めに事前準備を終了し、実績のあるコースから外れた場所を航行しないことが効果的であることを認識させる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、その結果、安全な航空機の運航の実現に寄与するようになる。
【００１４】
請求項１１に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ４の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには水平方向に移動することが効果的であることを認識させることとした。
タイプ４の乱気流域は水平方向に狭く、高度方向には広がっていることが特徴である。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域表示部はパイロットにタイプ４の乱気流域であることを色分け又はメッシュタイプにより視覚的に認識させるのと同時に、その乱気流域を避けるには、水平方向に避けることが効果的であることを認識させる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、その結果、安全な航空機の運航の実現に寄与するようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の予測乱気流域解析装置によれば、従来の乱気流域予測システムでは埋もれてしまうような乱気流域を高精度に予測することが出来ると共に、乱気流域の特徴をパターン化することにより、パイロットにその乱気流の特徴及びそれを避けるための情報を視覚的に前もって認識させることが可能となる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、安全な航空機の運航を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の予測乱気流域解析装置１００を示す構成説明図である。
この予測乱気流域解析装置１００は、三次元格子点から成るある特定空域を模擬した気象数学モデルを備え、外部から送信されて来る上空および地上の風速や気温などの数値気象データをその気象数学モデルの初期値・境界値として用いてその気象数学モデルによって更なる高分解能の数値気象データを作成・出力する気象予測モデル部１０と、出力される高分解能の数値気象情データを基にリチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)を算出すると共に、予測乱気流域をリチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)等によって特徴付けてパターン化して予測する予測乱気流域計算解析部２０と、予測乱気流域計算解析部２０が出力する予測乱気流域を有線・無線によって必要とする部へ送信するネットワーク部３０と、受信した予測乱気流域に係る情報を表示する予測乱気流域表示部４０とを具備して構成される。
【００１８】
つまり、本発明は、現在の計算機の性能を生かし、乱気流域のスケールに近づけた予測計算を実施する。(気象数学モデルの）計算格子点の分解能としては予め水平方向、鉛直方向の格子点間距離をパラメータとして評価し過不足無く、乱気流域を予測できるスケールとして、水平方向2km以下、鉛直方向300m以下の格子間隔で計算を行う。また、画像出力の時間間隔は、例えば１時間ごとを基準とし、必要に応じて更に細かく出力する。なお、計算に当たっては、初期値・境界値が必要であり、たとえば気象庁の数値気象データを用いる。
【００１９】
気象予測モデル部１０は、水平方向２km以下かつ鉛直方向３００m以下の(８個の格子点から成る）直方体を最小単位としたメッシュの細かい気象予測モデル(気象数学モデル）を基に、気象庁から送信されて来る数値気象データを初期値・境界値として再計算し、新たな高分解能の数値気象データを作成し、予測乱気流域計算解析部２０へ出力する。なお、出力される数値気象データとしては、気温・気圧・湿度・東西風速・南北風速・鉛直風速・相対湿度・水蒸気・雲水量・雨水量・降雨量・地表面温度・地中温度・乱流エネルギー・数値雲量・短波放射加熱量・長波放射冷却量・地表面短波放射量・地表面長波放射量・地表面潜熱・地表面顕熱等である。
【００２０】
予測乱気流域計算解析部２０は、上記新たな高分解能の数値気象データに基づいて、リチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)を算出する。なお、リチャードソン数(RI)は分子に温位の高度変化(温位鉛直勾配(Γ)）、分母に風速の高度変化(VS）を使用し、値が小さいほど乱気流域が起きやすくなる指標である。具体的には、下記数式によって定義される。
【数１】
そして、これらリチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)を基に、乱気流域を予測する。なお、乱気流域の予測の詳細については図２および図３を参照しながら後述する。
【００２１】
ネットワーク部３０は、機上や地上の複数の表示装置に予測乱気流域に関するデータを配信する制御を行う。
【００２２】
予測乱気流域表示部４０は、ネットワーク部３０から送信されて来る予測乱気流域に関するデータを蓄積すると共にこれらのデータをパイロット、地上の管制官等が認識しやすい形態で表示する。詳細については図４および図５を参照しながら後述する。
【００２３】
図２は、本発明に係る予測乱気流域計算解析部２０の乱気流域の分類基準を示す説明図である。なお、分類の基準(境目）となるリチャードソン数(RI)については、一般に0.6+α(-0.2≦α≦0.2)および0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)と多少の幅を持っている。同様に、また分類の基準(境目)となる温位鉛直勾配(Γ)についても、(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)と多少の幅を持っている。従って、以下の説明では、これらの代表例としてα＝β＝γ＝０の場合を説明する。
乱気流域には以下の４つのTypeがある。
先ずType1の乱気流域としては、晴天乱気流域(CAT)である。これは、温位鉛直勾配(Γ)が大きく安定な場に対して、風速の高度変化(VS)がそれ以上に大きく加わり乱気流域が発生するものである。リチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)＜0.6かつ温位鉛直勾配(Γ)≧0.6K/100mとなる。
【００２４】
続いてType2の乱気流域としては、上空不安定乱気流域である。これは、上空で温位鉛直勾配(Γ)が小さく不安定な場に対して更に風速の高度変化(VS)が加わり乱気流域が発生するものである。リチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)＜0.6かつ温位鉛直勾配(Γ)＜0.6K/100mとなる。
【００２５】
次にType3の乱気流域としては、下層不安定乱気流域である。これは、下層で温位鉛直勾配(Γ)が小さく不安定な場に対して、地形性の外乱が加わり乱気流域が発生するものである。リチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)＜0.25かつ温位鉛直勾配(Γ)＜0.6K/100mとなる。
【００２６】
最後にType4の乱気流域としては、強い鉛直流である。これは、温位鉛直勾配(Γ)や風速の高度変化(VS)とは直接関係なく、水平風が地形にあたり上昇流となるものである。リチャードソン数(RI)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)≧0.6となる。
【００２７】
図３は、本発明に係る予測乱気流域計算解析部２０の乱気流域判定の論理を示すフロー図である。
【００２８】
ステップＳ１では、気象予測モデル部１０から出力される新たな高分解能の数値気象データ中の温位(θ),東西風(u),南北風(ν),高度(z),∂z間の温位の平均値等を参照して、リチャードソン数(RI)を算出し、その値が0.6未満か否かをチェックする。0.6以上の場合は、ステップＳ２へ進む。他方、0.6未満の場合は、ステップＳ３へ進む。
【００２９】
ステップＳ２では、鉛直流の風速をチェックする。鉛直流の風速が180cm/s以上ならば、Type4と判定する。180cm/s未満ならば、乱気流域ではないと判定する。
【００３０】
ステップＳ３では、温位鉛直勾配(Γ)を算出し、その値が0.6K/100m未満か否かをチェックする。0.6K/100m未満の場合は、ステップＳ４へ進む。0.6K/100m以上の場合は、Type1と判定する。
【００３１】
ステップＳ４では、下層不安定乱気流域か否かをチェックする。下層不安定乱気流域であれば、ステップＳ５へ進む。他方、下層不安定乱気流域でなければ、Type2と判定する。
【００３２】
ステップＳ５では、リチャードソン数(RI)が0.25未満か否かをチェックする。0.25未満であれば、Type3と判定する。0.25以上の場合は、Type3程は強くない「下層不安定乱気流域」と判定する。この乱気流域を、Type3-1と定義する。つまり、Type3-1は揺れたとしてもそう大きくはない下層不安定乱気流域である。
【００３３】
以上の通り、Type1〜3はリチャードソン数(RI)＝0.6以下が基準となり、その中で温位鉛直勾配(Γ)が大きい場合(安定域）はCATとしての予測乱気流域(Type1）が出力される。そして、温位鉛直勾配(Γ)が、小さい場合は更に2つに分類される。高度が高い場合には上空不安定による予測乱気流域(Type2）が出力される。他方、高度が低い場合には山岳波の発生有とのAND条件をとり、条件を満たす場合は下層不安定による予測乱気流域(Type3）が出力される。山岳波の代わりに、山頂の200m程度上空の風速を使っても同じ結果を得ることが出来る。山岳波が強いほど、または山頂の上空200m程度の高さの風が強いほど航空機が遭遇する乱気流域も強くなる。これらをType3の乱気流域発生条件に入れることは、山岳波により部分的に風速の高度変化VSが強まりリチャードソン数(RI)の値が0.25以下になることと同じ内容を示していることになる。揺れ方がもう少し弱い場合にもType3の乱気流域として定義したい場合は、スレッシュホールド値を0.3のように設定しなおせばよい。
【００３４】
乱気流域の最後の項目は強い鉛直流である。山岳波もその一つとして分類され、上空で山岳波による上昇流または下降流に遭遇することもあるが、それ以外に、地形性の上昇流が下層から上層まで風が吹き上がる場合がある。これに伴い下降流も発生する。この中に航空機が入ると乱気流に遭遇することになる。鉛直流が180cm/s以上が予測される場合は強い鉛直流としての予測乱気流域(Type4）が出力される。
【００３５】
これら4つのTypeのどれか一つでも予測されたときには、乱気流域に遭遇する可能性があるものとして、乱気流域を表示する。いずれの場合も、発生要因に対応するTypeを一緒に表示する。
上記によって得られた予測乱気流域を、利用する人にわかりやすいように表示することが重要である。以下では２種類（Type1とType2）の表示方式を説明する。
【００３６】
図４は平面図上に予測乱気流域を表示したものである。飛行経路に対して、乱気流域の発生が予測される場合にその予測乱気流域エリアを高度に対応した色またはメッシュパターン等で示す。その際、音声によって乱気流域の特徴およびその対処方法をパイロットに知らせることが望ましい。乱気流域の表示はリチャードソン数(RI)の値により色を変えたり濃淡をつける表示に切り換えることも可能とする。図４は時刻を指定することで表示されるもので、乱気流域の遷移は時刻の違う複数枚の画面を開けることで把握できる。図４では３枚の画面を開けた例を示している。複数枚を画面分割で表示することも出来る。
【００３７】
図５は図４の高度方向の断面表示を示す説明図である。
【００３８】
上記予測乱気流域解析装置１００によれば、従来の乱気流域予測システムでは埋もれてしまうような乱気流域を高精度に予測することが出来ると共に、乱気流域の特徴をType１からType4にパターン化することにより、パイロットにその乱気流の特徴及びそれを避けるための情報を視覚的に前もって認識させることが可能となる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、安全な航空機の運航に寄与することが出来るようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の予測乱気流域解析装置は、航空機の安全運航支援システムに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の予測乱気流域解析装置を示す構成説明図である。
【図２】本発明に係る予測乱気流域計算解析部の乱気流域の分類基準を示す説明図である。
【図３】本発明に係る予測乱気流域計算解析部の乱気流域判定の論理を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る予測乱気流域の表示例を示す説明図である。
【図５】図４の高度方向の断面表示を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 気象予測モデル部
２０ 予測乱気流域計算解析部
３０ ネットワーク部
４０ 予測乱気流域表示部(機上）
５０ 予測乱気流域表示部(地上）
１００ 予測乱気流域解析装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機前方の乱気流域を予測・表示する予測乱気流域解析装置、特に乱気流域の発現リスクの高い空域場所を高い精度で解析・予測することができ、乱気流域が予測される場合はその対応措置を事前に航空機等に伝送し、安全な航空機の運航の実現に寄与することが出来る予測乱気流域解析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から行われている乱気流域の予測は、定期的に気象庁から送られて来る天気図を用いて、乱気流域が発生した時の特徴を学習することで乱気流域の発生を予測している。この天気図は一日に２回、９時と２１時における風速、気温、気圧等が図となって次の日までのデータが提供される。従って、その時間間隔の中で発生する事象は天気図に示されずに埋もれてしまうことがあった。また、様々な乱気流域発生指標を作成し、気象予測計算データを用いてその指標を計算した乱気流域発生予測も行われてきたが、気象予測計算データの格子間隔が大きいため、やはりそのなかに埋もれてしまうことがあった。また、観測データを重視するという観点から、先行する航空機が乱気流に遭遇した場合に、その強さ、位置、高度をPIREP(Pirot Report）として報告されることから、それを無線で受信することで乱気流発生域の状況を把握することが行われてきた。しかし、一つの乱気流は寿命が短いため、後行する航空機が同じ場所で乱気流に遭遇するとは限らないこと、またその発生場所は知ることは出来たとしても、それがどこまで広がっているのか等の情報は知ることが出来ないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した通り、現状の気象庁から送られて来る天気図を基にした乱気流発生予測では、時間間隔の途中のデータが欠如し更にはデータを算出する気象予測モデルの格子点間隔が大きいため、その時間間隔の中で発生する乱気流域を予測することは難しいという問題がある。他方、先行する航空機からのPIREPに基づいた乱気流発生予測では、発生した場所は知ることは出来るが、その乱気流の大きさ等は知ることは出来ないという問題がある。
そこで、本発明は、上記実情に鑑み創案されたものであって、乱気流域の発現リスクの高い空域場所を高い精度で解析・予測することができ、乱気流域が予測される場合はその対応措置を事前に航空機等に伝送し、安全な航空機の運航の実現に寄与することが出来る予測乱気流域解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するための請求項１に記載の予測乱気流域解析装置は、航空機前方の乱気流域を予測・表示する装置であって、三次元格子点から成るある特定空域についての気象数学モデルを備えると共に、外部から送信されて来る上空および地上の風速や気温などの数値気象情報を該気象数学モデルの初期値・境界値として用いて更なる高分解能の数値気象情報を作成する気象予測モデル部と、該高分解能の数値気象情報に基づいて前記特定空域についてのリチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)を算出し乱気流域を予測する予測乱気流域計算解析部と、該乱気流域に関する情報を航空機または基地局に伝送するネットワーク部と、該乱気流域を航空機の航空路に対応して表示する予測乱気流域表示部とから成ることを特徴とする。
本願発明者が乱気流域の特徴について鋭意研究したところ、大部分の乱気流域はリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)によって特徴付けられることを見出した。従って、航空機の飛行空域におけるリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)を高精度に推定することができれば、航空機前方の乱気流を予測することが可能となる。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、気象予測モデル部は三次元格子点から成る気象数学モデルを備え、気象庁より一定時間間隔で送信されてくる数値気象情報を初期値・境界値としてその時間間隔の途中を補間する更なる高分解能の数値気象情報を作成する。そして、予測乱気流域計算解析部はこれら高分解能の数値気象情報を用いて航空機の飛行空域におけるリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)を高精度に推定する。これにより、航空機前方の乱気流域を高精度に予測することが可能となる。また、予測した乱気流域はネットワーク部を介して航空機または地上局の予測乱気流域表示部に送信されるので、航空機が安全に航行することが出来るようになる。
【０００５】
請求項２に記載の予測乱気流域解析装置では、前記気象数学モデルは、水平方向の格子点間隔が2km以下であり且つ鉛直方向の格子点間隔が300m以下である８個の格子点から成る直方体を最小単位として複数の格子点によって前記特定空域を模擬していることとした。
上記予測乱気流域解析装置では、気象数学モデルの格子点間隔を上記構成とすることにより、高分解の数値気象情報を作成することができ、その結果、航空機の飛行空域におけるリチャードソン数(RI)と温位鉛直勾配(Γ)を高精度に推定することが可能となる。これにより乱気流域の発生位置だけでなくその大きさについても高精度に予測することが可能となる。
【０００６】
請求項３に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)を基準に、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)未満の場合を第１予測乱気流域と、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)以上であり且つ鉛直流が180cm/s以上である場合を第２予測乱気流域とすることとした。
本願発明者がリチャードソン数(RI)と乱気流域との相関関係について鋭意研究したところ、リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)を境にして大きく分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出したリチャードソン数(RI)によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【０００７】
請求項４に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)を基準に、該温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)以上であり且つ対流を起こしにくい安定域である場合をタイプ１の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者が第１予測乱気流域における温位鉛直勾配(Γ)と乱気流域との相関関係について鋭意研究したところ、温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)を境にして大きく分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【０００８】
請求項５に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が高い場合をタイプ２の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者は、温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満の第１予測乱気流域中の乱気流域が、対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が高い場合は、更に異なる乱気流域として分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)と他の数値気象情報によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【０００９】
請求項６に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が低く且つ山脈または孤立峰の風下でのリチャードソン数(RI)が0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)以下になる場合をタイプ３の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者は、温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満で対流を起こしやすい不安定域である第１予測乱気流域中の乱気流域が、高度が低く且つ山脈または孤立峰の風下でリチャードソン数(RI)が0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)以下になった場合は、更に異なる乱気流域として分類できることを見出した。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)と他の数値気象情報によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【００１０】
請求項７に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記第２予測乱気流域の中で、前記リチャードソン数(RI)により計算される不安定性とは関係なく、鉛直流が180cm/s以上になる場合をタイプ４の予測乱気流域とパターン化することとした。
本願発明者は、第２予測乱気流域中の乱気流域について、リチャードソン数(RI)により計算される不安定性とは関係なく、鉛直流が180cm/s以上になる場合は、更に異なる乱気流域として分類できることを見出した。
上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域計算解析部が気象予測モデル部から得た高分解能の数値気象情報に基づいて算出した温位鉛直勾配(Γ)と他の数値気象情報によって、乱気流域を上記の通り分類することにより、高精度の乱気流域の予測に寄与するようになる。
【００１１】
請求項８に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域計算解析部は、前記格子点で前記タイプ１から４の何れかの乱気流域が予測された場合には該格子点を囲む最小単位の立体を最小予測乱気流域と定義し、上下左右に最小乱気流域が連続する場合はこれらの立体全体を予測乱気流域とすることとした。
上記予測乱気流域解析装置では、上記構成とすることにより、乱気流域の発生位置だけでなくその大きさを高精度に予測することが可能となる。
【００１２】
請求項９に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ１またはタイプ２の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには高度を上昇または下降させることが効果的であることを認識させることとした。
タイプ１またはタイプ２の乱気流域は水平方向に広く、高度方向に薄いことが特徴である。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域表示部はパイロットにタイプ１またはタイプ２の乱気流域であることを色分け又はメッシュタイプにより視覚的に認識させるのと同時に、その乱気流域を避けるには、上下方向に移動することが効果的であることを認識させる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、その結果、安全な航空機の運航の実現に寄与するようになる。
【００１３】
請求項１０に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ３の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには実績のあるコースから外れた場所を航行しないことが効果的であることを認識させることとした。
タイプ３の乱気流域は地形と対応した場所で起き、遭遇する高度も低いことが特徴である。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域表示部はパイロットにタイプ３の乱気流域であることを色分け又はメッシュタイプにより視覚的に認識させるのと同時に、その乱気流域を避けるには、早めに事前準備を終了し、実績のあるコースから外れた場所を航行しないことが効果的であることを認識させる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、その結果、安全な航空機の運航の実現に寄与するようになる。
【００１４】
請求項１１に記載の予測乱気流域解析装置では、前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ４の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには水平方向に移動することが効果的であることを認識させることとした。
タイプ４の乱気流域は水平方向に狭く、高度方向には広がっていることが特徴である。
そこで、上記予測乱気流域解析装置では、予測乱気流域表示部はパイロットにタイプ４の乱気流域であることを色分け又はメッシュタイプにより視覚的に認識させるのと同時に、その乱気流域を避けるには、水平方向に避けることが効果的であることを認識させる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、その結果、安全な航空機の運航の実現に寄与するようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の予測乱気流域解析装置によれば、従来の乱気流域予測システムでは埋もれてしまうような乱気流域を高精度に予測することが出来ると共に、乱気流域の特徴をパターン化することにより、パイロットにその乱気流の特徴及びそれを避けるための情報を視覚的に前もって認識させることが可能となる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、安全な航空機の運航を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の予測乱気流域解析装置１００を示す構成説明図である。
この予測乱気流域解析装置１００は、三次元格子点から成るある特定空域を模擬した気象数学モデルを備え、外部から送信されて来る上空および地上の風速や気温などの数値気象データをその気象数学モデルの初期値・境界値として用いてその気象数学モデルによって更なる高分解能の数値気象データを作成・出力する気象予測モデル部１０と、出力される高分解能の数値気象情データを基にリチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)を算出すると共に、予測乱気流域をリチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)等によって特徴付けてパターン化して予測する予測乱気流域計算解析部２０と、予測乱気流域計算解析部２０が出力する予測乱気流域を有線・無線によって必要とする部へ送信するネットワーク部３０と、受信した予測乱気流域に係る情報を表示する予測乱気流域表示部４０とを具備して構成される。
【００１８】
つまり、本発明は、現在の計算機の性能を生かし、乱気流域のスケールに近づけた予測計算を実施する。(気象数学モデルの）計算格子点の分解能としては予め水平方向、鉛直方向の格子点間距離をパラメータとして評価し過不足無く、乱気流域を予測できるスケールとして、水平方向2km以下、鉛直方向300m以下の格子間隔で計算を行う。また、画像出力の時間間隔は、例えば１時間ごとを基準とし、必要に応じて更に細かく出力する。なお、計算に当たっては、初期値・境界値が必要であり、たとえば気象庁の数値気象データを用いる。
【００１９】
気象予測モデル部１０は、水平方向２km以下かつ鉛直方向３００m以下の(８個の格子点から成る）直方体を最小単位としたメッシュの細かい気象予測モデル(気象数学モデル）を基に、気象庁から送信されて来る数値気象データを初期値・境界値として再計算し、新たな高分解能の数値気象データを作成し、予測乱気流域計算解析部２０へ出力する。なお、出力される数値気象データとしては、気温・気圧・湿度・東西風速・南北風速・鉛直風速・相対湿度・水蒸気・雲水量・雨水量・降雨量・地表面温度・地中温度・乱流エネルギー・数値雲量・短波放射加熱量・長波放射冷却量・地表面短波放射量・地表面長波放射量・地表面潜熱・地表面顕熱等である。
【００２０】
予測乱気流域計算解析部２０は、上記新たな高分解能の数値気象データに基づいて、リチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)を算出する。なお、リチャードソン数(RI)は分子に温位の高度変化(温位鉛直勾配(Γ)）、分母に風速の高度変化(VS）を使用し、値が小さいほど乱気流域が起きやすくなる指標である。具体的には、下記数式によって定義される。
【数１】
そして、これらリチャードソン数(RI)や温位鉛直勾配(Γ)を基に、乱気流域を予測する。なお、乱気流域の予測の詳細については図２および図３を参照しながら後述する。
【００２１】
ネットワーク部３０は、機上や地上の複数の表示装置に予測乱気流域に関するデータを配信する制御を行う。
【００２２】
予測乱気流域表示部４０は、ネットワーク部３０から送信されて来る予測乱気流域に関するデータを蓄積すると共にこれらのデータをパイロット、地上の管制官等が認識しやすい形態で表示する。詳細については図４および図５を参照しながら後述する。
【００２３】
図２は、本発明に係る予測乱気流域計算解析部２０の乱気流域の分類基準を示す説明図である。なお、分類の基準(境目）となるリチャードソン数(RI)については、一般に0.6+α(-0.2≦α≦0.2)および0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)と多少の幅を持っている。同様に、また分類の基準(境目)となる温位鉛直勾配(Γ)についても、(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)と多少の幅を持っている。従って、以下の説明では、これらの代表例としてα＝β＝γ＝０の場合を説明する。
乱気流域には以下の４つのTypeがある。
先ずType1の乱気流域としては、晴天乱気流域(CAT)である。これは、温位鉛直勾配(Γ)が大きく安定な場に対して、風速の高度変化(VS)がそれ以上に大きく加わり乱気流域が発生するものである。リチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)＜0.6かつ温位鉛直勾配(Γ)≧0.6K/100mとなる。
【００２４】
続いてType2の乱気流域としては、上空不安定乱気流域である。これは、上空で温位鉛直勾配(Γ)が小さく不安定な場に対して更に風速の高度変化(VS)が加わり乱気流域が発生するものである。リチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)＜0.6かつ温位鉛直勾配(Γ)＜0.6K/100mとなる。
【００２５】
次にType3の乱気流域としては、下層不安定乱気流域である。これは、下層で温位鉛直勾配(Γ)が小さく不安定な場に対して、地形性の外乱が加わり乱気流域が発生するものである。リチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)＜0.25かつ温位鉛直勾配(Γ)＜0.6K/100mとなる。
【００２６】
最後にType4の乱気流域としては、強い鉛直流である。これは、温位鉛直勾配(Γ)や風速の高度変化(VS)とは直接関係なく、水平風が地形にあたり上昇流となるものである。リチャードソン数(RI)による特徴付けとしては、リチャードソン数(RI)≧0.6となる。
【００２７】
図３は、本発明に係る予測乱気流域計算解析部２０の乱気流域判定の論理を示すフロー図である。
【００２８】
ステップＳ１では、気象予測モデル部１０から出力される新たな高分解能の数値気象データ中の温位(θ),東西風(u),南北風(ν),高度(z),∂z間の温位の平均値等を参照して、リチャードソン数(RI)を算出し、その値が0.6未満か否かをチェックする。0.6以上の場合は、ステップＳ２へ進む。他方、0.6未満の場合は、ステップＳ３へ進む。
【００２９】
ステップＳ２では、鉛直流の風速をチェックする。鉛直流の風速が180cm/s以上ならば、Type4と判定する。180cm/s未満ならば、乱気流域ではないと判定する。
【００３０】
ステップＳ３では、温位鉛直勾配(Γ)を算出し、その値が0.6K/100m未満か否かをチェックする。0.6K/100m未満の場合は、ステップＳ４へ進む。0.6K/100m以上の場合は、Type1と判定する。
【００３１】
ステップＳ４では、下層不安定乱気流域か否かをチェックする。下層不安定乱気流域であれば、ステップＳ５へ進む。他方、下層不安定乱気流域でなければ、Type2と判定する。
【００３２】
ステップＳ５では、リチャードソン数(RI)が0.25未満か否かをチェックする。0.25未満であれば、Type3と判定する。0.25以上の場合は、Type3程は強くない「下層不安定乱気流域」と判定する。この乱気流域を、Type3-1と定義する。つまり、Type3-1は揺れたとしてもそう大きくはない下層不安定乱気流域である。
【００３３】
以上の通り、Type1〜3はリチャードソン数(RI)＝0.6以下が基準となり、その中で温位鉛直勾配(Γ)が大きい場合(安定域）はCATとしての予測乱気流域(Type1）が出力される。そして、温位鉛直勾配(Γ)が、小さい場合は更に2つに分類される。高度が高い場合には上空不安定による予測乱気流域(Type2）が出力される。他方、高度が低い場合には山岳波の発生有とのAND条件をとり、条件を満たす場合は下層不安定による予測乱気流域(Type3）が出力される。山岳波の代わりに、山頂の200m程度上空の風速を使っても同じ結果を得ることが出来る。山岳波が強いほど、または山頂の上空200m程度の高さの風が強いほど航空機が遭遇する乱気流域も強くなる。これらをType3の乱気流域発生条件に入れることは、山岳波により部分的に風速の高度変化VSが強まりリチャードソン数(RI)の値が0.25以下になることと同じ内容を示していることになる。揺れ方がもう少し弱い場合にもType3の乱気流域として定義したい場合は、スレッシュホールド値を0.3のように設定しなおせばよい。
【００３４】
乱気流域の最後の項目は強い鉛直流である。山岳波もその一つとして分類され、上空で山岳波による上昇流または下降流に遭遇することもあるが、それ以外に、地形性の上昇流が下層から上層まで風が吹き上がる場合がある。これに伴い下降流も発生する。この中に航空機が入ると乱気流に遭遇することになる。鉛直流が180cm/s以上が予測される場合は強い鉛直流としての予測乱気流域(Type4）が出力される。
【００３５】
これら4つのTypeのどれか一つでも予測されたときには、乱気流域に遭遇する可能性があるものとして、乱気流域を表示する。いずれの場合も、発生要因に対応するTypeを一緒に表示する。
上記によって得られた予測乱気流域を、利用する人にわかりやすいように表示することが重要である。以下では２種類（Type1とType2）の表示方式を説明する。
【００３６】
図４は平面図上に予測乱気流域を表示したものである。飛行経路に対して、乱気流域の発生が予測される場合にその予測乱気流域エリアを高度に対応した色またはメッシュパターン等で示す。その際、音声によって乱気流域の特徴およびその対処方法をパイロットに知らせることが望ましい。乱気流域の表示はリチャードソン数(RI)の値により色を変えたり濃淡をつける表示に切り換えることも可能とする。図４は時刻を指定することで表示されるもので、乱気流域の遷移は時刻の違う複数枚の画面を開けることで把握できる。図４では３枚の画面を開けた例を示している。複数枚を画面分割で表示することも出来る。
【００３７】
図５は図４の高度方向の断面表示を示す説明図である。
【００３８】
上記予測乱気流域解析装置１００によれば、従来の乱気流域予測システムでは埋もれてしまうような乱気流域を高精度に予測することが出来ると共に、乱気流域の特徴をType１からType4にパターン化することにより、パイロットにその乱気流の特徴及びそれを避けるための情報を視覚的に前もって認識させることが可能となる。これにより、パイロットは乱気流域を安全無事に避けることが可能となり、安全な航空機の運航に寄与することが出来るようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の予測乱気流域解析装置は、航空機の安全運航支援システムに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の予測乱気流域解析装置を示す構成説明図である。
【図２】本発明に係る予測乱気流域計算解析部の乱気流域の分類基準を示す説明図である。
【図３】本発明に係る予測乱気流域計算解析部の乱気流域判定の論理を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る予測乱気流域の表示例を示す説明図である。
【図５】図４の高度方向の断面表示を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 気象予測モデル部
２０ 予測乱気流域計算解析部
３０ ネットワーク部
４０ 予測乱気流域表示部(機上）
５０ 予測乱気流域表示部(地上）
１００ 予測乱気流域解析装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機前方の乱気流域を予測・表示する装置であって、三次元格子点から成るある特定空域についての気象数学モデルを備えると共に、外部から送信されて来る上空および地上の風速や気温などの数値気象情報を該気象数学モデルの初期値・境界値として用いて更なる高分解能の数値気象情報を作成する気象予測モデル部と、該高分解能の数値気象情報に基づいて前記特定空域についてのリチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)を算出し乱気流域を予測する予測乱気流域計算解析部と、該乱気流域に関する情報を航空機または基地局に伝送するネットワーク部と、該乱気流域を航空機の航空路に対応して表示する予測乱気流域表示部とから成ることを特徴とする予測乱気流域解析装置。
【請求項２】
前記気象数学モデルは、水平方向の格子点間隔が2km以下であり且つ鉛直方向の格子点間隔が300m以下である８個の格子点から成る直方体を最小単位として複数の格子点によって前記特定空域を模擬している請求項１に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項３】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)を基準に、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)未満の場合を第１予測乱気流域と、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)以上であり且つ鉛直流が180cm/s以上である場合を第２予測乱気流域とパターン化する請求項１又は２に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項４】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)を基準に、該温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)以上であり且つ対流を起こしにくい安定域である場合をタイプ１の予測乱気流域とパターン化する請求項３に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項５】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が高い場合をタイプ２の予測乱気流域とパターン化する請求項３又は４に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項６】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が低く且つ山脈または孤立峰の風下でのリチャードソン数(RI)が0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)以下になる場合をタイプ３の予測乱気流域とパターン化する請求項３から５の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項７】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第２予測乱気流域の中で、前記リチャードソン数(RI)により計算される不安定性とは関係なく、鉛直流が180cm/s以上になる場合をタイプ４の予測乱気流域とパターン化する請求項３に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項８】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記格子点で前記タイプ１から４の何れかの乱気流域が予測された場合には該格子点を囲む最小単位の立体を最小予測乱気流域と定義し、上下左右に最小乱気流域が連続する場合はこれらの立体全体を予測乱気流域とする請求項４から７の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項９】
前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ１またはタイプ２の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには高度を上昇または下降させることが効果的であることを認識させる請求項４から８の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項１０】
前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ３の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには実績のあるコースから外れた場所を航行しないことが効果的であることを認識させる請求項４から９の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項１１】
前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ４の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには水平方向に移動することが効果的であることを認識させる請求項４から１０の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項１】
航空機前方の乱気流域を予測・表示する装置であって、三次元格子点から成るある特定空域についての気象数学モデルを備えると共に、外部から送信されて来る上空および地上の風速や気温などの数値気象情報を該気象数学モデルの初期値・境界値として用いて更なる高分解能の数値気象情報を作成する気象予測モデル部と、該高分解能の数値気象情報に基づいて前記特定空域についてのリチャードソン数(RI)および温位鉛直勾配(Γ)を算出し乱気流域を予測する予測乱気流域計算解析部と、該乱気流域に関する情報を航空機または基地局に伝送するネットワーク部と、該乱気流域を航空機の航空路に対応して表示する予測乱気流域表示部とから成ることを特徴とする予測乱気流域解析装置。
【請求項２】
前記気象数学モデルは、水平方向の格子点間隔が2km以下であり且つ鉛直方向の格子点間隔が300m以下である８個の格子点から成る直方体を最小単位として複数の格子点によって前記特定空域を模擬している請求項１に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項３】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)を基準に、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)未満の場合を第１予測乱気流域と、該リチャードソン数(RI)が0.6+α(-0.2≦α≦0.2)以上であり且つ鉛直流が180cm/s以上である場合を第２予測乱気流域とパターン化する請求項１又は２に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項４】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)の値が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)を基準に、該温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)以上であり且つ対流を起こしにくい安定域である場合をタイプ１の予測乱気流域とパターン化する請求項３に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項５】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が高い場合をタイプ２の予測乱気流域とパターン化する請求項３又は４に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項６】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第１予測乱気流域の中で、前記温位鉛直勾配(Γ)が(0.6+β)K/100m(-0.2≦β≦0.2)未満であり且つ対流を起こしやすい不安定域であり且つ高度が低く且つ山脈または孤立峰の風下でのリチャードソン数(RI)が0.25+γ(-0.1≦γ≦0.1)以下になる場合をタイプ３の予測乱気流域とパターン化する請求項３から５の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項７】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記第２予測乱気流域の中で、前記リチャードソン数(RI)により計算される不安定性とは関係なく、鉛直流が180cm/s以上になる場合をタイプ４の予測乱気流域とパターン化する請求項３に記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項８】
前記予測乱気流域計算解析部は、前記格子点で前記タイプ１から４の何れかの乱気流域が予測された場合には該格子点を囲む最小単位の立体を最小予測乱気流域と定義し、上下左右に最小乱気流域が連続する場合はこれらの立体全体を予測乱気流域とする請求項４から７の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項９】
前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ１またはタイプ２の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには高度を上昇または下降させることが効果的であることを認識させる請求項４から８の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項１０】
前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ３の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには実績のあるコースから外れた場所を航行しないことが効果的であることを認識させる請求項４から９の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【請求項１１】
前記予測乱気流域表示部は、前記タイプ４の乱気流域が予測される場合には、該乱気流域を色分け又はメッシュタイプにより表示し、パイロットに該乱気流域を避けるには水平方向に移動することが効果的であることを認識させる請求項４から１０の何れかに記載の予測乱気流域解析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−９２５１３（Ｐ２００９−９２５１３Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６３３９１（Ｐ２００７−２６３３９１）
【出願日】平成１９年１０月９日（２００７．１０．９）
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月９日（２００７．１０．９）
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
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