気象現象の自動追尾方法及び自動追尾システム
【課題】積乱雲を含む雷雲等の気象現象をＲＨＩ観測により確実且つ自動的に追尾する。
【解決手段】自動追尾システム１０において、解析用ＰＣ２２は、気象ドップラレーダ２３が観測した気象現象のエコー強度データに基づくエコー頂高度及び鉛直積算雨水量のプロダクトを用いて、注目したいエコーを追尾対象として自動的に決定し、決定した注目エコーに応じた気象現象に対してＲＨＩ観測を行うときの方位角を自動的に算出する。
【解決手段】自動追尾システム１０において、解析用ＰＣ２２は、気象ドップラレーダ２３が観測した気象現象のエコー強度データに基づくエコー頂高度及び鉛直積算雨水量のプロダクトを用いて、注目したいエコーを追尾対象として自動的に決定し、決定した注目エコーに応じた気象現象に対してＲＨＩ観測を行うときの方位角を自動的に算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気象レーダが雷雲等の気象現象を観測する際に、該気象現象をＲＨＩ観測により追尾するための自動追尾方法及び自動追尾システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、気象レーダがＰＰＩ（Plane Position Indicator）観測を行うことにより雷雲等の気象現象を追尾することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１２２４３３号公報
【特許文献２】特開平９−３１８７４５号公報
【特許文献３】特開平１１−２７１４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、大都市におけるヒートアイランド現象によって、夏季に局地的な積乱雲等の雷雲（気象現象）が頻発し、この結果、前記雷雲に起因した突発的な豪雨による市街地での浸水等の局地的な自然災害が増加している。前記積乱雲は、局地的且つ鉛直方向に成長する気象現象であるため、仰角を固定し且つ方位角を可変にした状態でレーダビームを方位角方向に走査する特許文献１〜３のＰＰＩ観測では、前記雷雲を追尾することは難しい。そこで、仰角を可変し且つ方位角を固定した状態でレーダビームを仰角方向に走査するＲＨＩ（Range Height Indicator）観測により前記雷雲を追尾することが考えられるが、気象レーダは、予め設定された観測スケジュールに従って、固定の方位角でＲＨＩ観測を行うため、前記積乱雲を追尾することは難しい。一方、ＰＰＩ観測の結果に基づいて、ユーザが前記観測スケジュール中の方位角を変更し、前記気象レーダが前記変更した方位角にてＲＨＩ観測を行うことも考えられるが、前記観測スケジュールの変更作業中に、変更後の方位角とは異なる方位角の方向に前記雷雲が移動すれば、変更後の前記方位角でＲＨＩ観測を行っても前記雷雲を追尾することはできない。
【０００５】
この発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、積乱雲を含む雷雲等の気象現象をＲＨＩ観測により確実且つ自動的に追尾することができる自動追尾方法及び自動追尾システム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】
【０００６】
この発明に係る気象現象の自動追尾方法は、
気象レーダが観測した気象現象を示すエコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求める第１工程と、
求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定する第２工程と、
前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出する第３工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る気象現象の自動追尾システムは、
観測シーケンスに従ってＰＰＩ観測を行うことにより気象現象を示すエコー強度データを取得する気象レーダと、
前記エコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求め、求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定し、決定した該注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出し、算出した前記方位角を示す方位書き替えコマンドを発行するコマンド発行手段とを有し、
前記気象レーダは、前記コマンド発行手段が前記方位書き替えコマンドを発行した際に、前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測の方位角を、前記観測シーケンスに予め設定された方位角から、前記方位書き替えコマンドの方位角に変更して、前記気象現象に対するＲＨＩ観測を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
これらの発明によれば、気象レーダが観測した気象現象を示すエコー強度データより得られたエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を用いて、所定のエコーを注目エコーとして自動的に決定し、さらに、決定した前記注目エコーに応じた気象現象に対してＲＨＩ観測を行う際の方位角を自動的に算出するので、前記注目エコーに応じた積乱雲を含む雷雲等の気象現象を確実且つ自動的に追尾することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る自動追尾システムのブロック図である。
【図２】図１の解析用ＰＣにおけるＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理を示すフローチャートである。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、エコー強度データの模式的説明図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｄは、エコー強度データの模式的説明図である。
【図５】図５Ａは、エコー頂高度のプロダクトの模式的説明図であり、図５Ｂは、鉛直積算雨水量のプロダクトの模式的説明図である。
【図６】プロダクトのメッシュに対するラスタ走査の模式説明図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、ラベリングの模式説明図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、前回の処理により得られたセルと、今回の処理により得られたセルとの相関を判定するための模式説明図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、セルの重心を求めるための模式説明図である。
【図１０】図１０Ａは、方位角を固定としたときのＲＨＩ観測の説明図であり、図１０Ｂは、本実施形態におけるＲＨＩ観測の説明図である。
【図１１】複数の気象ドップラレーダによるＲＨＩ観測の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明に係る気象現象の自動追尾方法及び自動追尾システムの好適な実施形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。
【００１１】
本実施形態に係る自動追尾システム１０は、図１に示すように、アンテナ１２、アンテナ駆動部１４、送受信機１６、信号処理機１８、ホストコンピュータ（以下、ホストＰＣともいう。）２０及びデータベース２４より構成される気象ドップラレーダ２３と、コマンド発行手段としてのオンライン化解析用コンピュータ（以下、解析用ＰＣともいう。）２２とを有する。
【００１２】
アンテナ１２は、送受信機１６からアンテナ駆動部１４を介して出力された送信信号をレーダビームとして外部に放射し、一方で、積乱雲等の雷雲（以下、気象現象ともいう。）で反射した前記レーダビーム（反射波）を受信した際に、該反射波を受信信号としてアンテナ駆動部１４を介して送受信機１６に出力する。この場合、気象ドップラレーダ２３は、アンテナ駆動部１４によるアンテナ１２の回転によって、ＰＰＩ観測（仰角を固定した状態で方位角方向にアンテナ１２を回転することによりレーダビームの送受信を行う観測）、ＣＡＰＰＩ観測（複数の仰角に対してＰＰＩ観測をそれぞれ行う観測）、及び、ＲＨＩ観測（方位角を固定した状態で仰角方向にアンテナ１２を回転することによりレーダビームの送受信を行う観測）を行うことが可能である。
【００１３】
信号処理機１８は、ＰＰＩ観測、ＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測による受信信号に基づいて、前記反射波の強度を示すエコー強度データを生成してホストＰＣ２０に出力する。なお、前記反射波は、雷雲内の水滴に対するレーダビームの反射により発生するので、前記エコー強度データは、前記水滴（水分）の量に応じたデータを示す。
【００１４】
ホストＰＣ２０は、信号処理機１８からのエコー強度データを用いて、図３Ａに示すように、同一高度でのエコー強度データ（画像データ）をディスプレイに表示し、一方で、データベース２４に記憶されている観測シーケンスに基づいて、アンテナ駆動部１４、送受信機１６及び信号処理機１８を制御する。
【００１５】
前記観測シーケンスは、ＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測での仰角やＲＨＩ観測での方位角が予め設定されたアンテナ１２の走査スケジュール（例えば、ＣＡＰＰＩ観測を行った後に所定の方位角でＲＨＩ観測を行うスケジュールを１サイクルとし、このサイクルを繰り返し行う走査スケジュール）をいい、ユーザがホストＰＣ２０を操作して前記走査スケジュールの設定変更をすることができないようにされている。従って、ホストＰＣ２０は、前記観測シーケンスに設定されたＰＰＩ観測、ＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測の走査スケジュールに従ってアンテナ駆動部１４、送受信機１６及び信号処理機１８を制御することによりエコー強度データ（の画像データ）を取得する。
【００１６】
なお、１サイクルのＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測の走査スケジュール（例えば、１０分間〜２０分間のＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測を１サイクルとする走査スケジュール）を実行することでエコー強度データが得られるので、図３Ａ〜図４Ｄの順に示すように、１サイクルの観測が終了する毎に、ホストＰＣ２０（又は解析用ＰＣ２２）のディスプレイの画面３０の表示内容は順次更新される。すなわち、画面３０の表示内容が切り替わるまでは（例えば、画面３０が図３Ａの表示を行ってから図３Ｂの表示を行うまでの時間内では）、気象ドップラレーダ２３によりＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測が行われていることになる。また、図３Ａ〜図４Ｄの画面３０において、気象ドップラレーダ２３の観測可能範囲を示す円３２の中心３４がアンテナ１２の位置を示し、円３２内には時間経過に伴って移動する雷雲等の気象現象を示すエコー３６〜６０が表示されている。
【００１７】
解析用ＰＣ２２は、積乱雲等の雷雲のような局地的且つ鉛直方向に成長する気象現象に対して、前記観測シーケンスに基づきアンテナ１２を回転しても該気象現象を追尾することが難しい場合に、ホストＰＣ２０からのエコー強度データを用いて、ＲＨＩ観測の方位角を、前記観測シーケンスに予め設定されている方位角から前記気象現象の方位角に変更するためのＲＨＩ方位角書き替えコマンドを発行してデータベース２４に格納する。ホストＰＣ２０は、データベース２４に前記ＲＨＩ方位角書き替えコマンドが格納されている場合にのみ、前記観測シーケンスに設定されているＲＨＩ観測の方位角を、前記ＲＨＩ方位角書き替えコマンドに設定されている方位角に変更し、変更後の前記方位角（観測シーケンス）に基づいてアンテナ駆動部１４、送受信機１６及び信号処理機１８を制御する。
【００１８】
次に、解析用ＰＣ２２におけるＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理について、図２〜図９Ｂを参照しながら説明する。
【００１９】
図２は、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理を示すフローチャートであり、このフローチャートの処理は、上記の１サイクルにつき１回実行される。
【００２０】
ステップＳ１において、ホストＰＣ２０（図１参照）から解析用ＰＣ２２に１次データとしてのＰＰＩ観測によるエコー強度データが入力される。この場合、気象ドップラレーダ２３がＣＡＰＰＩ観測を行っていれば、それぞれの仰角に対するＰＰＩ観測を行う毎にホストＰＣ２０から解析用ＰＣ２２にエコー強度データが入力されるので、解析用ＰＣ２０は、全てのＰＰＩ観測のエコー強度データを取得するまで各エコー強度データを蓄積する（ステップＳ２）。
【００２１】
次に、ステップＳ３（第１工程）において、解析用ＰＣ２２は、蓄積された各エコー強度データに基づいて、同一高度のエコー強度（図３Ａ参照）、エコー頂高度（図５Ａ参照）及び鉛直積算雨水量（図５Ｂ参照）を示すプロダクト（画像データ）を生成する。図３Ａ、図５Ａ及び図５Ｂは、解析用ＰＣ２２（又はホストＰＣ２０）のディスプレイの画面３０に表示されるエコー強度、エコー頂高度及び鉛直積算雨水量の画像データを示す模式的説明図である。
【００２２】
図３Ａ中のエコー３６〜４０に対応して、図５Ａには、雷雲の頂高度を示すエコー頂高度がエコー６２〜７８として表示され、一方で、図５Ｂには、雷雲中の雨水を鉛直方向に積算した鉛直積算雨水量がエコー８２〜９８として表示されている。なお、図３Ａと図５Ａ及び図５Ｂとでは、互いに対応していないエコーが存在しているが、これは、前述したように、図３Ａは、同一高度のエコー３６〜４０であるため、他の高度で発生している雷雲については画面３０に表示されることはなく、一方で、図５Ａ及び図５Ｂの各エコー６２〜７８、８２〜９８は、観測可能範囲（円３２）内に発生している全ての雷雲に対応する各エコーを示していることに起因している。
【００２３】
次に、ステップＳ４において、解析用ＰＣ２２は、図５Ａのエコー頂高度の画像データ及び図５Ｂの鉛直積算雨水量の画像データ（プロダクト）を構成するメッシュに対して同時にラスタ走査を行い、対応するメッシュの情報から評価関数法による閾値判定を行う。
【００２４】
具体的には、図６の模式的説明図に示すように、エコー頂高度又は鉛直積算雨水量の画像データを示すプロダクト１００を構成するメッシュ１０２（エコーを構成するメッシュ１０２ａ及びエコーを構成しないメッシュ１０２ｂ）に対してラスタ走査を行い、エコー頂高度の画像データにおける走査箇所１０４でのメッシュの値と、鉛直積算雨水量の画像データにおける走査箇所１０４でのメッシュの値とについて、下記の（１）式に示す重み付けを行い、重み付けした各値を加算する。なお、第１の重み及び第２の重みの値は、雷雲等の気象現象の種類に応じて適宜設定する。
（１つのメッシュ１０２での鉛直積算雨水量）×（第１の重み）
＋（対応するメッシュ１０２のエコー頂高度）×（第２の重み）＞（閾値）
（１）
【００２５】
加算結果と所定の閾値との間で（１）式の関係を満たすならば走査箇所１０４のメッシュ１０２の値を「１」とし、一方で、（１）式の関係を満たさなければメッシュ１０２の値を「０」とする２値化処理を行うことにより、エコー頂高度の画像データ、鉛直積算雨水量の画像データ及び（１）式に基づく新たな画像データ（２値化配列）を生成する。
【００２６】
次に、ステップＳ５において、解析用ＰＣ２２は、ステップＳ４において生成した２値化配列の新たな画像データのメッシュに対してラスタ走査を行うことにより、下記のラベリングを行う。
【００２７】
具体的には、図７Ａ〜図７Ｄの模式的説明図に示すように、解析用ＰＣ２２は、２値化配列の画像データ１０５を構成するメッシュ１０６（「１」を示すメッシュ１０６ａ及び「０」を示すメッシュ１０６ｂ）に対してラスタ走査を行い、走査箇所１０８がメッシュ１０６ａに到達した際に（図７Ａ参照）、そのメッシュ１０６ａに対してラベリング番号を付与する。次に、解析用ＰＣ２２は、ラベリング番号が付与されたメッシュ１０６ａ（メッシュ１０６ｃ）の上下左右のメッシュが、「１」を示すメッシュ１０６ａであるか否かを調べ（図７Ｂ参照）、メッシュ１０６ａであれば、そのメッシュ１０６ａに対してラベリング番号を付与する（図７Ｃ参照）。このようなラベリング処理を、メッシュ１０６ａの存在を確認することができなくなるまで繰り返し行うことにより、画像データ１０５において、ラベリング番号が付与された複数のメッシュ１０６ｃからなるセル１０９が構成される（図７Ｄ参照）。なお、このセル１０９の面積が所定のセル化最低面積に到達しない場合（セル１０９を構成するメッシュ１０６ｃの数が所定数に到達しない場合）、解析用ＰＣ２２は、該セル１０９を破棄する。
【００２８】
次に、ステップＳ６において、解析用ＰＣ２２は、今回のステップＳ５の処理により得られたセルと、前回のステップＳ５の処理により得られたセルとの相関を取り、相関性が高ければ、前回のセルと今回のセルとは同じセルであると共に、前回のセルの位置から今回のセルの位置に移動したものと判断して、解析用ＰＣ２２に保存されているラベリングの情報を前回のセルの内容から今回のセルの内容に更新する。
【００２９】
具体的には、図８Ａ及び図８Ｂの模式的説明図に示すように、解析用ＰＣ２２は、図８Ａの画像データ１１０中の前回のセル１１６（前回のステップＳ５の処理により得られたセル）を上下左右に移動させながら、図８Ｂの画像データ１１２中の今回のセル１１８（今回のステップＳ５の処理により得られたセル）との相関を取り、重複するメッシュ１１４の数が互いに最大となる（重複部分の面積が互いに最大となる）セル１１６、１１８を同一のセルとみなして、保存されているセル１１６のラベリング情報（ラベリング番号、鉛直積算雨水量、エコー頂強度、観測時刻等の各種情報）を、セル１１８のラベリング情報に更新する。すなわち、解析用ＰＣ２２は、前回の処理（前回のＰＰＩ観測）から今回の処理（今回のＰＰＩ観測）までの間にセル１１６がセル１１８の位置にまで移動したものと判断し、該セル１１６の移動先に位置するセル１１８を今回の処理におけるセルとみなして更新処理を行う。なお、画像データ１１０、１１２内には、複数のセル１２０が存在するので、解析用ＰＣ２２は、各セル１２０に対しても同様の相関判定を行う。
【００３０】
ステップＳ７において、解析用ＰＣ２２は、気象ドップラレーダ２３がエコー強度データ中のエコー（例えば、図３Ａのエコー３６〜４０）を追尾しているか否かを判定し、エコーの追尾をしていなければ、前記エコー強度データ中、注目すべきエコーが存在するか否かを判定し（ステップＳ８）、注目するエコーが存在すれば、該エコーを注目すべきエコー（注目エコー）として選定する（ステップＳ９、第２工程）。ステップＳ８、Ｓ９において、注目エコーが存在するか否かの判断処理及び注目エコーを選定するための判断処理としては、例えば、ステップＳ５、Ｓ６のラベリング及び相関判定によって生成されたセル１０９、１１６、１１８に対応するエコーが図３Ａのエコー強度データの画像データ中に存在するか否かを判断し、そのようなエコー（図３Ａのエコー３６）が存在すれば、該エコー３６を注目エコーとして選定する。
【００３１】
次に、ステップＳ１０において、解析用ＰＣ２２は、注目エコー（エコー３６）が、図３Ａの観測時刻（例えば、ＰＰＩ観測を完了した時刻）から図３Ｂの観測時刻までの間に移動する方向及び距離（移動先）を予測する。
【００３２】
具体的には、図９Ａに示すように、先ず、エコー３６に対応するセル１３０（ステップＳ５、Ｓ６の処理で用いられたセル）について、下記の（２）式及び（３）式に基づいて、前回のステップＳ６の処理におけるセル１３０の重心と、今回のステップＳ６の処理におけるセル１３０の重心とをそれぞれ算出し、算出した前記各重心より該セル１３０の移動方向及び移動距離を示す移動ベクトルを求める。
（重心のＸ座標）＝Σ（Ｘｎ×メッシュ１３２ａの個数）
／（Ｘ方向の座標数） （２）
（重心のＹ座標）＝Σ（Ｙｎ×メッシュ１３２ａの個数）
／（Ｙ方向の座標数） （３）
【００３３】
図９Ａは、メッシュ１３２（セル１３０を構成するメッシュ１３２ａ及びセル１３０を構成しないメッシュ１３２ｂ）について、各メッシュ１３２ａの値が略同一である場合（全て「１」である場合）におけるセル１３０の重心の算出に関する模式説明図であり、Ｘ座標（Ｘ１〜Ｘ５）及びＹ座標（Ｙ１〜Ｙ５）でのメッシュ１３２ａの個数に基づいて、上記（２）式及び（３）式により重心のＸ座標及びＹ座標を算出する。なお、（２）式及び（３）式において、Σは、ｎ＝１〜５（Ｘｎ＝Ｘ１〜Ｘ５、Ｙｎ＝Ｙ１〜Ｙ５）での総和を示す数学記号である。
【００３４】
次に、今回のセル１３０の重心に対応するエコー３６の位置を、該エコー３６の重心の位置とみなした後に、前記移動ベクトルの始点がエコー３６の重心の位置と一致するように、前記移動ベクトルをエコー３６に重ね合わせることにより該エコー３６の移動先を予測する。すなわち、エコー３６の重心の位置を始点とする前記移動ベクトルの終点が該エコー３６の移動先として予測される。
【００３５】
一方、図９Ｂは、メッシュ１３４（セル１３０を構成するメッシュ１３４ａ、１３４ｂ及びセル１３０を構成しないメッシュ１３４ｃ）について、メッシュ１３４ａ、１３４ｂの値を互いに異なる値に設定した場合（ステップＳ４〜Ｓ６において、２値化処理ではなく、複数の値に数値化した処理を行った場合）のセル１３０の重心の算出に関する模式説明図である。図９Ｂの場合では、図３Ａ〜図４Ｄに示すように、エコー強度データが座標毎に異なるエコー強度を示すことを考慮して、Ｘ座標（Ｘ１〜Ｘ７）及びＹ座標（Ｙ１〜Ｙ７）について、重みＷｘｎ、Ｗｙｎを用いた下記の（４）式及び（５）式により重心のＸ座標及びＹ座標を算出する。
（重心のＸ座標）＝Σ（Ｘｎ×Ｗｘｎ）／（Ｘ方向の座標数） （４）
（重心のＹ座標）＝Σ（Ｙｎ×Ｗｙｎ）／（Ｙ方向の座標数） （５）
【００３６】
なお、（４）式及び（５）式において、Σは、ｎ＝１〜７（Ｘｎ＝Ｘ１〜Ｘ７、Ｙｎ＝Ｙ１〜Ｙ７、Ｗｘｎ＝Ｗｘ１〜Ｗｘ７、Ｗｙｎ＝Ｗｙ１〜Ｗｙ７）での総和を示す数学記号である。また、エコー３６の移動先の予測方法については、図９Ａの場合と同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００３７】
次に、ステップＳ１１において、解析用ＰＣ２２は、エコー３６が円３２の外部（観測可能範囲外）にあるか否かを判定し、円３２内にあれば、中心３４と前記移動ベクトルの終点（移動先）とを結ぶ方向（図３Ｂに示す直線４４の方向）をＲＨＩ観測の際の方位角とするＲＨＩ方位角書き替えコマンドを発行してデータベース２４に格納する（ステップＳ１２、第３工程）。
【００３８】
これにより、次回のサイクルのＲＨＩ観測において、気象ドップラレーダ２３は、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの方位角でＲＨＩ観測を行い、この結果、図３Ｂに示す画面３０には、エコー３６を囲む円４６が表示されると共に、エコー３６（に応じた気象現象）を前記ＲＨＩ観測により追尾していることを示す直線４４が表示される。
【００３９】
従って、各サイクルで得られたエコー強度データがホストＰＣ２０から解析用ＰＣ２２に入力される毎に、解析用ＰＣ２２において上記のステップＳ１〜Ｓ１２の処理を繰り返し行うことで、図３Ｂ〜図４Ｃに示すように、時間経過に伴い移動する注目エコー（エコー３６）を確実且つ自動的に追尾することができる。なお、前述したように、直線４４は、中心３４と、解析用ＰＣ２２にて予測した移動先とを結ぶ直線であり、一方で、円４６は、前記移動先でのエコー３６の重心を示している。そのため、時間経過に伴ってエコー３６（に応じた気象現象）が成長し又は衰退しても、該エコー３６を確実に捕捉することが可能である。また、図３Ｂ〜図４Ｃには、エコー３６以外にも、エコー３８〜６０が表示されているが、これらのエコー３８〜６０は、衰退する雷雲、次回の観測時には気象ドップラレーダ２３の観測範囲外となる雷雲、あるいは、成長する雷雲であってもエコー３６に応じた雷雲程成長しないもの等である。
【００４０】
なお、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ８で注目エコーが存在しないと判断した場合、解析用ＰＣ２２は、ステップＳ９以降の処理、すなわち、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理を行わない。
【００４１】
また、ステップＳ７で注目エコー（エコー３６）を追尾中と判定した際に、解析用ＰＣ２２は、追尾中のエコー３６が消失したか否かを判定し、エコー３６が消失していなければ、前回のステップＳ１０の処理において予測したエコー３６の移動先と、今回のエコー強度データに含まれるエコー３６の位置とを比較して、移動予測誤差を算出し（ステップＳ１４）、算出した移動予測誤差を次のステップＳ１０の処理に反映することにより、エコー３６の移動先を精度良く算出する。
【００４２】
さらに、ステップＳ１３でエコー３６が消失したと判定した際に、解析用ＰＣ２２は、ステップＳ１４以降の処理を行わず、従って、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行を行わない。
【００４３】
さらにまた、図２及び図４Ｄに示すように、ステップＳ１０の処理後、エコー３６の重心が円３２の外部（観測可能範囲外）に位置することにより、円４６が円３２の外部に位置することになる場合に、解析用ＰＣ２２は、エコー３６の追尾を停止する（ステップＳ１５）。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係る自動追尾システム１０及び自動追尾方法によれば、気象ドップラレーダ２３が観測した気象現象のエコー強度データに基づくエコー頂高度及び鉛直積算雨水量のプロダクト１００を用いて、注目したいエコー３６を追尾対象として自動的に決定し、さらに、決定したエコー３６に応じた気象現象に対してＲＨＩ観測を行う際の方位角を自動的に算出するので、注目したいエコー３６に応じた積乱雲を含む雷雲等の気象現象を確実且つ自動的に追尾することができる。
【００４５】
すなわち、図１０Ａに示すように、ＲＨＩ観測の際の方位角が観測シーケンスにより固定とされている場合には、突発的に発生する雷雲等の気象現象を示すエコー１４０の方向に方位角を向けることができず、該エコー１４０を追尾することができない。
【００４６】
これに対して、本実施形態では、図１０Ｂに示すように、解析用ＰＣ２２にてＲＨＩ方位角書き替えコマンドを発行した際に、気象ドップラレーダ２３がＲＨＩ方位角書き替えコマンド中の方位角にてＲＨＩ観測を行うので、注目したいエコー１４０を確実に狙い打ちできるような追尾を行うことが可能となる。この結果、短時間で急激に発生する積乱雲のような鉛直構造の気象現象を取り逃がすことなく観測することができるので、前記積乱雲に起因した自然災害に対する有意な研究データを容易に収集することができる。また、気象ドップラレーダ２３に上記の追尾機能を持たせることにより、前記気象現象の発生から衰退までをＲＨＩ観測することが可能となる。
【００４７】
本実施形態に係る自動追尾システム１０及び自動追尾方法は、上述した説明に限定されるものではなく、図１１に示すように、例えば、３台の気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃの観測可能範囲１５２ａ〜１５２ｃの重複部分１５４内に気象現象１５６がある場合に、解析用ＰＣ２２（図１参照）は、各気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃに対して、方位角の互いに異なるＲＨＩ走査方位角書き替えコマンドを発行し、各気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃは、前記ＲＨＩ走査方位角書き替えコマンドの方位角を示す直線４４ａ〜４４ｃに基づきＲＨＩ観測を行ってもよい。
【００４８】
この場合、各気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃが同時にＲＨＩ観測を行っても、あるいは、ＰＰＩ観測を行う気象ドップラレーダと、ＲＨＩ観測を行う気象ドップラレーダとに分けて気象現象１５６に対する観測を行っても、複数の気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃによる観測が可能となるので、気象現象１５６を効率よく且つ確実に追尾することができると共に、気象現象１５６の解析精度を向上することができる。また、ＰＰＩ観測を行う気象ドップラレーダと、ＲＨＩ観測を行う気象ドップラレーダとに分けて気象現象１５６に対する観測を行うことで、ＲＨＩ観測によるデータと、ＰＰＩ観測によるデータとを共に得ることが可能となる。
【００４９】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…自動追尾システム ２０…ホストＰＣ
２２…解析用ＰＣ ２３…気象ドップラレーダ
２４…データベース
３６、３８、４０、６０、６２、７８、８２、９８、１４０…エコー
４４…直線 ４６…円
１０９、１１６、１１８、１２０、１３０…セル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気象レーダが雷雲等の気象現象を観測する際に、該気象現象をＲＨＩ観測により追尾するための自動追尾方法及び自動追尾システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、気象レーダがＰＰＩ（Plane Position Indicator）観測を行うことにより雷雲等の気象現象を追尾することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１２２４３３号公報
【特許文献２】特開平９−３１８７４５号公報
【特許文献３】特開平１１−２７１４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、大都市におけるヒートアイランド現象によって、夏季に局地的な積乱雲等の雷雲（気象現象）が頻発し、この結果、前記雷雲に起因した突発的な豪雨による市街地での浸水等の局地的な自然災害が増加している。前記積乱雲は、局地的且つ鉛直方向に成長する気象現象であるため、仰角を固定し且つ方位角を可変にした状態でレーダビームを方位角方向に走査する特許文献１〜３のＰＰＩ観測では、前記雷雲を追尾することは難しい。そこで、仰角を可変し且つ方位角を固定した状態でレーダビームを仰角方向に走査するＲＨＩ（Range Height Indicator）観測により前記雷雲を追尾することが考えられるが、気象レーダは、予め設定された観測スケジュールに従って、固定の方位角でＲＨＩ観測を行うため、前記積乱雲を追尾することは難しい。一方、ＰＰＩ観測の結果に基づいて、ユーザが前記観測スケジュール中の方位角を変更し、前記気象レーダが前記変更した方位角にてＲＨＩ観測を行うことも考えられるが、前記観測スケジュールの変更作業中に、変更後の方位角とは異なる方位角の方向に前記雷雲が移動すれば、変更後の前記方位角でＲＨＩ観測を行っても前記雷雲を追尾することはできない。
【０００５】
この発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、積乱雲を含む雷雲等の気象現象をＲＨＩ観測により確実且つ自動的に追尾することができる自動追尾方法及び自動追尾システム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】
【０００６】
この発明に係る気象現象の自動追尾方法は、
気象レーダが観測した気象現象を示すエコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求める第１工程と、
求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定する第２工程と、
前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出する第３工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る気象現象の自動追尾システムは、
観測シーケンスに従ってＰＰＩ観測を行うことにより気象現象を示すエコー強度データを取得する気象レーダと、
前記エコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求め、求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定し、決定した該注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出し、算出した前記方位角を示す方位書き替えコマンドを発行するコマンド発行手段とを有し、
前記気象レーダは、前記コマンド発行手段が前記方位書き替えコマンドを発行した際に、前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測の方位角を、前記観測シーケンスに予め設定された方位角から、前記方位書き替えコマンドの方位角に変更して、前記気象現象に対するＲＨＩ観測を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
これらの発明によれば、気象レーダが観測した気象現象を示すエコー強度データより得られたエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を用いて、所定のエコーを注目エコーとして自動的に決定し、さらに、決定した前記注目エコーに応じた気象現象に対してＲＨＩ観測を行う際の方位角を自動的に算出するので、前記注目エコーに応じた積乱雲を含む雷雲等の気象現象を確実且つ自動的に追尾することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る自動追尾システムのブロック図である。
【図２】図１の解析用ＰＣにおけるＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理を示すフローチャートである。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、エコー強度データの模式的説明図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｄは、エコー強度データの模式的説明図である。
【図５】図５Ａは、エコー頂高度のプロダクトの模式的説明図であり、図５Ｂは、鉛直積算雨水量のプロダクトの模式的説明図である。
【図６】プロダクトのメッシュに対するラスタ走査の模式説明図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、ラベリングの模式説明図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、前回の処理により得られたセルと、今回の処理により得られたセルとの相関を判定するための模式説明図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、セルの重心を求めるための模式説明図である。
【図１０】図１０Ａは、方位角を固定としたときのＲＨＩ観測の説明図であり、図１０Ｂは、本実施形態におけるＲＨＩ観測の説明図である。
【図１１】複数の気象ドップラレーダによるＲＨＩ観測の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明に係る気象現象の自動追尾方法及び自動追尾システムの好適な実施形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。
【００１１】
本実施形態に係る自動追尾システム１０は、図１に示すように、アンテナ１２、アンテナ駆動部１４、送受信機１６、信号処理機１８、ホストコンピュータ（以下、ホストＰＣともいう。）２０及びデータベース２４より構成される気象ドップラレーダ２３と、コマンド発行手段としてのオンライン化解析用コンピュータ（以下、解析用ＰＣともいう。）２２とを有する。
【００１２】
アンテナ１２は、送受信機１６からアンテナ駆動部１４を介して出力された送信信号をレーダビームとして外部に放射し、一方で、積乱雲等の雷雲（以下、気象現象ともいう。）で反射した前記レーダビーム（反射波）を受信した際に、該反射波を受信信号としてアンテナ駆動部１４を介して送受信機１６に出力する。この場合、気象ドップラレーダ２３は、アンテナ駆動部１４によるアンテナ１２の回転によって、ＰＰＩ観測（仰角を固定した状態で方位角方向にアンテナ１２を回転することによりレーダビームの送受信を行う観測）、ＣＡＰＰＩ観測（複数の仰角に対してＰＰＩ観測をそれぞれ行う観測）、及び、ＲＨＩ観測（方位角を固定した状態で仰角方向にアンテナ１２を回転することによりレーダビームの送受信を行う観測）を行うことが可能である。
【００１３】
信号処理機１８は、ＰＰＩ観測、ＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測による受信信号に基づいて、前記反射波の強度を示すエコー強度データを生成してホストＰＣ２０に出力する。なお、前記反射波は、雷雲内の水滴に対するレーダビームの反射により発生するので、前記エコー強度データは、前記水滴（水分）の量に応じたデータを示す。
【００１４】
ホストＰＣ２０は、信号処理機１８からのエコー強度データを用いて、図３Ａに示すように、同一高度でのエコー強度データ（画像データ）をディスプレイに表示し、一方で、データベース２４に記憶されている観測シーケンスに基づいて、アンテナ駆動部１４、送受信機１６及び信号処理機１８を制御する。
【００１５】
前記観測シーケンスは、ＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測での仰角やＲＨＩ観測での方位角が予め設定されたアンテナ１２の走査スケジュール（例えば、ＣＡＰＰＩ観測を行った後に所定の方位角でＲＨＩ観測を行うスケジュールを１サイクルとし、このサイクルを繰り返し行う走査スケジュール）をいい、ユーザがホストＰＣ２０を操作して前記走査スケジュールの設定変更をすることができないようにされている。従って、ホストＰＣ２０は、前記観測シーケンスに設定されたＰＰＩ観測、ＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測の走査スケジュールに従ってアンテナ駆動部１４、送受信機１６及び信号処理機１８を制御することによりエコー強度データ（の画像データ）を取得する。
【００１６】
なお、１サイクルのＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測の走査スケジュール（例えば、１０分間〜２０分間のＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測を１サイクルとする走査スケジュール）を実行することでエコー強度データが得られるので、図３Ａ〜図４Ｄの順に示すように、１サイクルの観測が終了する毎に、ホストＰＣ２０（又は解析用ＰＣ２２）のディスプレイの画面３０の表示内容は順次更新される。すなわち、画面３０の表示内容が切り替わるまでは（例えば、画面３０が図３Ａの表示を行ってから図３Ｂの表示を行うまでの時間内では）、気象ドップラレーダ２３によりＰＰＩ観測又はＣＡＰＰＩ観測及びＲＨＩ観測が行われていることになる。また、図３Ａ〜図４Ｄの画面３０において、気象ドップラレーダ２３の観測可能範囲を示す円３２の中心３４がアンテナ１２の位置を示し、円３２内には時間経過に伴って移動する雷雲等の気象現象を示すエコー３６〜６０が表示されている。
【００１７】
解析用ＰＣ２２は、積乱雲等の雷雲のような局地的且つ鉛直方向に成長する気象現象に対して、前記観測シーケンスに基づきアンテナ１２を回転しても該気象現象を追尾することが難しい場合に、ホストＰＣ２０からのエコー強度データを用いて、ＲＨＩ観測の方位角を、前記観測シーケンスに予め設定されている方位角から前記気象現象の方位角に変更するためのＲＨＩ方位角書き替えコマンドを発行してデータベース２４に格納する。ホストＰＣ２０は、データベース２４に前記ＲＨＩ方位角書き替えコマンドが格納されている場合にのみ、前記観測シーケンスに設定されているＲＨＩ観測の方位角を、前記ＲＨＩ方位角書き替えコマンドに設定されている方位角に変更し、変更後の前記方位角（観測シーケンス）に基づいてアンテナ駆動部１４、送受信機１６及び信号処理機１８を制御する。
【００１８】
次に、解析用ＰＣ２２におけるＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理について、図２〜図９Ｂを参照しながら説明する。
【００１９】
図２は、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理を示すフローチャートであり、このフローチャートの処理は、上記の１サイクルにつき１回実行される。
【００２０】
ステップＳ１において、ホストＰＣ２０（図１参照）から解析用ＰＣ２２に１次データとしてのＰＰＩ観測によるエコー強度データが入力される。この場合、気象ドップラレーダ２３がＣＡＰＰＩ観測を行っていれば、それぞれの仰角に対するＰＰＩ観測を行う毎にホストＰＣ２０から解析用ＰＣ２２にエコー強度データが入力されるので、解析用ＰＣ２０は、全てのＰＰＩ観測のエコー強度データを取得するまで各エコー強度データを蓄積する（ステップＳ２）。
【００２１】
次に、ステップＳ３（第１工程）において、解析用ＰＣ２２は、蓄積された各エコー強度データに基づいて、同一高度のエコー強度（図３Ａ参照）、エコー頂高度（図５Ａ参照）及び鉛直積算雨水量（図５Ｂ参照）を示すプロダクト（画像データ）を生成する。図３Ａ、図５Ａ及び図５Ｂは、解析用ＰＣ２２（又はホストＰＣ２０）のディスプレイの画面３０に表示されるエコー強度、エコー頂高度及び鉛直積算雨水量の画像データを示す模式的説明図である。
【００２２】
図３Ａ中のエコー３６〜４０に対応して、図５Ａには、雷雲の頂高度を示すエコー頂高度がエコー６２〜７８として表示され、一方で、図５Ｂには、雷雲中の雨水を鉛直方向に積算した鉛直積算雨水量がエコー８２〜９８として表示されている。なお、図３Ａと図５Ａ及び図５Ｂとでは、互いに対応していないエコーが存在しているが、これは、前述したように、図３Ａは、同一高度のエコー３６〜４０であるため、他の高度で発生している雷雲については画面３０に表示されることはなく、一方で、図５Ａ及び図５Ｂの各エコー６２〜７８、８２〜９８は、観測可能範囲（円３２）内に発生している全ての雷雲に対応する各エコーを示していることに起因している。
【００２３】
次に、ステップＳ４において、解析用ＰＣ２２は、図５Ａのエコー頂高度の画像データ及び図５Ｂの鉛直積算雨水量の画像データ（プロダクト）を構成するメッシュに対して同時にラスタ走査を行い、対応するメッシュの情報から評価関数法による閾値判定を行う。
【００２４】
具体的には、図６の模式的説明図に示すように、エコー頂高度又は鉛直積算雨水量の画像データを示すプロダクト１００を構成するメッシュ１０２（エコーを構成するメッシュ１０２ａ及びエコーを構成しないメッシュ１０２ｂ）に対してラスタ走査を行い、エコー頂高度の画像データにおける走査箇所１０４でのメッシュの値と、鉛直積算雨水量の画像データにおける走査箇所１０４でのメッシュの値とについて、下記の（１）式に示す重み付けを行い、重み付けした各値を加算する。なお、第１の重み及び第２の重みの値は、雷雲等の気象現象の種類に応じて適宜設定する。
（１つのメッシュ１０２での鉛直積算雨水量）×（第１の重み）
＋（対応するメッシュ１０２のエコー頂高度）×（第２の重み）＞（閾値）
（１）
【００２５】
加算結果と所定の閾値との間で（１）式の関係を満たすならば走査箇所１０４のメッシュ１０２の値を「１」とし、一方で、（１）式の関係を満たさなければメッシュ１０２の値を「０」とする２値化処理を行うことにより、エコー頂高度の画像データ、鉛直積算雨水量の画像データ及び（１）式に基づく新たな画像データ（２値化配列）を生成する。
【００２６】
次に、ステップＳ５において、解析用ＰＣ２２は、ステップＳ４において生成した２値化配列の新たな画像データのメッシュに対してラスタ走査を行うことにより、下記のラベリングを行う。
【００２７】
具体的には、図７Ａ〜図７Ｄの模式的説明図に示すように、解析用ＰＣ２２は、２値化配列の画像データ１０５を構成するメッシュ１０６（「１」を示すメッシュ１０６ａ及び「０」を示すメッシュ１０６ｂ）に対してラスタ走査を行い、走査箇所１０８がメッシュ１０６ａに到達した際に（図７Ａ参照）、そのメッシュ１０６ａに対してラベリング番号を付与する。次に、解析用ＰＣ２２は、ラベリング番号が付与されたメッシュ１０６ａ（メッシュ１０６ｃ）の上下左右のメッシュが、「１」を示すメッシュ１０６ａであるか否かを調べ（図７Ｂ参照）、メッシュ１０６ａであれば、そのメッシュ１０６ａに対してラベリング番号を付与する（図７Ｃ参照）。このようなラベリング処理を、メッシュ１０６ａの存在を確認することができなくなるまで繰り返し行うことにより、画像データ１０５において、ラベリング番号が付与された複数のメッシュ１０６ｃからなるセル１０９が構成される（図７Ｄ参照）。なお、このセル１０９の面積が所定のセル化最低面積に到達しない場合（セル１０９を構成するメッシュ１０６ｃの数が所定数に到達しない場合）、解析用ＰＣ２２は、該セル１０９を破棄する。
【００２８】
次に、ステップＳ６において、解析用ＰＣ２２は、今回のステップＳ５の処理により得られたセルと、前回のステップＳ５の処理により得られたセルとの相関を取り、相関性が高ければ、前回のセルと今回のセルとは同じセルであると共に、前回のセルの位置から今回のセルの位置に移動したものと判断して、解析用ＰＣ２２に保存されているラベリングの情報を前回のセルの内容から今回のセルの内容に更新する。
【００２９】
具体的には、図８Ａ及び図８Ｂの模式的説明図に示すように、解析用ＰＣ２２は、図８Ａの画像データ１１０中の前回のセル１１６（前回のステップＳ５の処理により得られたセル）を上下左右に移動させながら、図８Ｂの画像データ１１２中の今回のセル１１８（今回のステップＳ５の処理により得られたセル）との相関を取り、重複するメッシュ１１４の数が互いに最大となる（重複部分の面積が互いに最大となる）セル１１６、１１８を同一のセルとみなして、保存されているセル１１６のラベリング情報（ラベリング番号、鉛直積算雨水量、エコー頂強度、観測時刻等の各種情報）を、セル１１８のラベリング情報に更新する。すなわち、解析用ＰＣ２２は、前回の処理（前回のＰＰＩ観測）から今回の処理（今回のＰＰＩ観測）までの間にセル１１６がセル１１８の位置にまで移動したものと判断し、該セル１１６の移動先に位置するセル１１８を今回の処理におけるセルとみなして更新処理を行う。なお、画像データ１１０、１１２内には、複数のセル１２０が存在するので、解析用ＰＣ２２は、各セル１２０に対しても同様の相関判定を行う。
【００３０】
ステップＳ７において、解析用ＰＣ２２は、気象ドップラレーダ２３がエコー強度データ中のエコー（例えば、図３Ａのエコー３６〜４０）を追尾しているか否かを判定し、エコーの追尾をしていなければ、前記エコー強度データ中、注目すべきエコーが存在するか否かを判定し（ステップＳ８）、注目するエコーが存在すれば、該エコーを注目すべきエコー（注目エコー）として選定する（ステップＳ９、第２工程）。ステップＳ８、Ｓ９において、注目エコーが存在するか否かの判断処理及び注目エコーを選定するための判断処理としては、例えば、ステップＳ５、Ｓ６のラベリング及び相関判定によって生成されたセル１０９、１１６、１１８に対応するエコーが図３Ａのエコー強度データの画像データ中に存在するか否かを判断し、そのようなエコー（図３Ａのエコー３６）が存在すれば、該エコー３６を注目エコーとして選定する。
【００３１】
次に、ステップＳ１０において、解析用ＰＣ２２は、注目エコー（エコー３６）が、図３Ａの観測時刻（例えば、ＰＰＩ観測を完了した時刻）から図３Ｂの観測時刻までの間に移動する方向及び距離（移動先）を予測する。
【００３２】
具体的には、図９Ａに示すように、先ず、エコー３６に対応するセル１３０（ステップＳ５、Ｓ６の処理で用いられたセル）について、下記の（２）式及び（３）式に基づいて、前回のステップＳ６の処理におけるセル１３０の重心と、今回のステップＳ６の処理におけるセル１３０の重心とをそれぞれ算出し、算出した前記各重心より該セル１３０の移動方向及び移動距離を示す移動ベクトルを求める。
（重心のＸ座標）＝Σ（Ｘｎ×メッシュ１３２ａの個数）
／（Ｘ方向の座標数） （２）
（重心のＹ座標）＝Σ（Ｙｎ×メッシュ１３２ａの個数）
／（Ｙ方向の座標数） （３）
【００３３】
図９Ａは、メッシュ１３２（セル１３０を構成するメッシュ１３２ａ及びセル１３０を構成しないメッシュ１３２ｂ）について、各メッシュ１３２ａの値が略同一である場合（全て「１」である場合）におけるセル１３０の重心の算出に関する模式説明図であり、Ｘ座標（Ｘ１〜Ｘ５）及びＹ座標（Ｙ１〜Ｙ５）でのメッシュ１３２ａの個数に基づいて、上記（２）式及び（３）式により重心のＸ座標及びＹ座標を算出する。なお、（２）式及び（３）式において、Σは、ｎ＝１〜５（Ｘｎ＝Ｘ１〜Ｘ５、Ｙｎ＝Ｙ１〜Ｙ５）での総和を示す数学記号である。
【００３４】
次に、今回のセル１３０の重心に対応するエコー３６の位置を、該エコー３６の重心の位置とみなした後に、前記移動ベクトルの始点がエコー３６の重心の位置と一致するように、前記移動ベクトルをエコー３６に重ね合わせることにより該エコー３６の移動先を予測する。すなわち、エコー３６の重心の位置を始点とする前記移動ベクトルの終点が該エコー３６の移動先として予測される。
【００３５】
一方、図９Ｂは、メッシュ１３４（セル１３０を構成するメッシュ１３４ａ、１３４ｂ及びセル１３０を構成しないメッシュ１３４ｃ）について、メッシュ１３４ａ、１３４ｂの値を互いに異なる値に設定した場合（ステップＳ４〜Ｓ６において、２値化処理ではなく、複数の値に数値化した処理を行った場合）のセル１３０の重心の算出に関する模式説明図である。図９Ｂの場合では、図３Ａ〜図４Ｄに示すように、エコー強度データが座標毎に異なるエコー強度を示すことを考慮して、Ｘ座標（Ｘ１〜Ｘ７）及びＹ座標（Ｙ１〜Ｙ７）について、重みＷｘｎ、Ｗｙｎを用いた下記の（４）式及び（５）式により重心のＸ座標及びＹ座標を算出する。
（重心のＸ座標）＝Σ（Ｘｎ×Ｗｘｎ）／（Ｘ方向の座標数） （４）
（重心のＹ座標）＝Σ（Ｙｎ×Ｗｙｎ）／（Ｙ方向の座標数） （５）
【００３６】
なお、（４）式及び（５）式において、Σは、ｎ＝１〜７（Ｘｎ＝Ｘ１〜Ｘ７、Ｙｎ＝Ｙ１〜Ｙ７、Ｗｘｎ＝Ｗｘ１〜Ｗｘ７、Ｗｙｎ＝Ｗｙ１〜Ｗｙ７）での総和を示す数学記号である。また、エコー３６の移動先の予測方法については、図９Ａの場合と同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００３７】
次に、ステップＳ１１において、解析用ＰＣ２２は、エコー３６が円３２の外部（観測可能範囲外）にあるか否かを判定し、円３２内にあれば、中心３４と前記移動ベクトルの終点（移動先）とを結ぶ方向（図３Ｂに示す直線４４の方向）をＲＨＩ観測の際の方位角とするＲＨＩ方位角書き替えコマンドを発行してデータベース２４に格納する（ステップＳ１２、第３工程）。
【００３８】
これにより、次回のサイクルのＲＨＩ観測において、気象ドップラレーダ２３は、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの方位角でＲＨＩ観測を行い、この結果、図３Ｂに示す画面３０には、エコー３６を囲む円４６が表示されると共に、エコー３６（に応じた気象現象）を前記ＲＨＩ観測により追尾していることを示す直線４４が表示される。
【００３９】
従って、各サイクルで得られたエコー強度データがホストＰＣ２０から解析用ＰＣ２２に入力される毎に、解析用ＰＣ２２において上記のステップＳ１〜Ｓ１２の処理を繰り返し行うことで、図３Ｂ〜図４Ｃに示すように、時間経過に伴い移動する注目エコー（エコー３６）を確実且つ自動的に追尾することができる。なお、前述したように、直線４４は、中心３４と、解析用ＰＣ２２にて予測した移動先とを結ぶ直線であり、一方で、円４６は、前記移動先でのエコー３６の重心を示している。そのため、時間経過に伴ってエコー３６（に応じた気象現象）が成長し又は衰退しても、該エコー３６を確実に捕捉することが可能である。また、図３Ｂ〜図４Ｃには、エコー３６以外にも、エコー３８〜６０が表示されているが、これらのエコー３８〜６０は、衰退する雷雲、次回の観測時には気象ドップラレーダ２３の観測範囲外となる雷雲、あるいは、成長する雷雲であってもエコー３６に応じた雷雲程成長しないもの等である。
【００４０】
なお、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ８で注目エコーが存在しないと判断した場合、解析用ＰＣ２２は、ステップＳ９以降の処理、すなわち、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行処理を行わない。
【００４１】
また、ステップＳ７で注目エコー（エコー３６）を追尾中と判定した際に、解析用ＰＣ２２は、追尾中のエコー３６が消失したか否かを判定し、エコー３６が消失していなければ、前回のステップＳ１０の処理において予測したエコー３６の移動先と、今回のエコー強度データに含まれるエコー３６の位置とを比較して、移動予測誤差を算出し（ステップＳ１４）、算出した移動予測誤差を次のステップＳ１０の処理に反映することにより、エコー３６の移動先を精度良く算出する。
【００４２】
さらに、ステップＳ１３でエコー３６が消失したと判定した際に、解析用ＰＣ２２は、ステップＳ１４以降の処理を行わず、従って、ＲＨＩ方位角書き替えコマンドの発行を行わない。
【００４３】
さらにまた、図２及び図４Ｄに示すように、ステップＳ１０の処理後、エコー３６の重心が円３２の外部（観測可能範囲外）に位置することにより、円４６が円３２の外部に位置することになる場合に、解析用ＰＣ２２は、エコー３６の追尾を停止する（ステップＳ１５）。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係る自動追尾システム１０及び自動追尾方法によれば、気象ドップラレーダ２３が観測した気象現象のエコー強度データに基づくエコー頂高度及び鉛直積算雨水量のプロダクト１００を用いて、注目したいエコー３６を追尾対象として自動的に決定し、さらに、決定したエコー３６に応じた気象現象に対してＲＨＩ観測を行う際の方位角を自動的に算出するので、注目したいエコー３６に応じた積乱雲を含む雷雲等の気象現象を確実且つ自動的に追尾することができる。
【００４５】
すなわち、図１０Ａに示すように、ＲＨＩ観測の際の方位角が観測シーケンスにより固定とされている場合には、突発的に発生する雷雲等の気象現象を示すエコー１４０の方向に方位角を向けることができず、該エコー１４０を追尾することができない。
【００４６】
これに対して、本実施形態では、図１０Ｂに示すように、解析用ＰＣ２２にてＲＨＩ方位角書き替えコマンドを発行した際に、気象ドップラレーダ２３がＲＨＩ方位角書き替えコマンド中の方位角にてＲＨＩ観測を行うので、注目したいエコー１４０を確実に狙い打ちできるような追尾を行うことが可能となる。この結果、短時間で急激に発生する積乱雲のような鉛直構造の気象現象を取り逃がすことなく観測することができるので、前記積乱雲に起因した自然災害に対する有意な研究データを容易に収集することができる。また、気象ドップラレーダ２３に上記の追尾機能を持たせることにより、前記気象現象の発生から衰退までをＲＨＩ観測することが可能となる。
【００４７】
本実施形態に係る自動追尾システム１０及び自動追尾方法は、上述した説明に限定されるものではなく、図１１に示すように、例えば、３台の気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃの観測可能範囲１５２ａ〜１５２ｃの重複部分１５４内に気象現象１５６がある場合に、解析用ＰＣ２２（図１参照）は、各気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃに対して、方位角の互いに異なるＲＨＩ走査方位角書き替えコマンドを発行し、各気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃは、前記ＲＨＩ走査方位角書き替えコマンドの方位角を示す直線４４ａ〜４４ｃに基づきＲＨＩ観測を行ってもよい。
【００４８】
この場合、各気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃが同時にＲＨＩ観測を行っても、あるいは、ＰＰＩ観測を行う気象ドップラレーダと、ＲＨＩ観測を行う気象ドップラレーダとに分けて気象現象１５６に対する観測を行っても、複数の気象ドップラレーダ１５０ａ〜１５０ｃによる観測が可能となるので、気象現象１５６を効率よく且つ確実に追尾することができると共に、気象現象１５６の解析精度を向上することができる。また、ＰＰＩ観測を行う気象ドップラレーダと、ＲＨＩ観測を行う気象ドップラレーダとに分けて気象現象１５６に対する観測を行うことで、ＲＨＩ観測によるデータと、ＰＰＩ観測によるデータとを共に得ることが可能となる。
【００４９】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…自動追尾システム ２０…ホストＰＣ
２２…解析用ＰＣ ２３…気象ドップラレーダ
２４…データベース
３６、３８、４０、６０、６２、７８、８２、９８、１４０…エコー
４４…直線 ４６…円
１０９、１１６、１１８、１２０、１３０…セル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気象レーダが観測した気象現象を示すエコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求める第１工程と、
求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定する第２工程と、
前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出する第３工程と、
を有することを特徴とする気象現象の自動追尾方法。
【請求項２】
観測シーケンスに従ってＰＰＩ観測を行うことにより気象現象を示すエコー強度データを取得する気象レーダと、
前記エコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求め、求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定し、決定した該注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出し、算出した前記方位角を示す方位書き替えコマンドを発行するコマンド発行手段と、
を有し、
前記気象レーダは、前記コマンド発行手段が前記方位書き替えコマンドを発行した際に、前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測の方位角を、前記観測シーケンスに予め設定された方位角から、前記方位書き替えコマンドの方位角に変更して、前記気象現象に対するＲＨＩ観測を行う
ことを特徴とする気象現象の自動追尾システム。
【請求項１】
気象レーダが観測した気象現象を示すエコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求める第１工程と、
求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定する第２工程と、
前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出する第３工程と、
を有することを特徴とする気象現象の自動追尾方法。
【請求項２】
観測シーケンスに従ってＰＰＩ観測を行うことにより気象現象を示すエコー強度データを取得する気象レーダと、
前記エコー強度データを用いてエコー頂高度及び鉛直積算雨水量を求め、求めた前記エコー頂高度及び前記鉛直積算雨水量に基づいて、前記エコー強度データ中の所定のエコーを、追尾すべき注目エコーとして決定し、決定した該注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測を前記気象レーダが行う際の方位角を算出し、算出した前記方位角を示す方位書き替えコマンドを発行するコマンド発行手段と、
を有し、
前記気象レーダは、前記コマンド発行手段が前記方位書き替えコマンドを発行した際に、前記注目エコーに応じた気象現象に対するＲＨＩ観測の方位角を、前記観測シーケンスに予め設定された方位角から、前記方位書き替えコマンドの方位角に変更して、前記気象現象に対するＲＨＩ観測を行う
ことを特徴とする気象現象の自動追尾システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３３５２８（Ｐ２０１１−３３５２８Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８１５３９（Ｐ２００９−１８１５３９）
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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