JP7302866B2 - 降水強度算出装置、降水強度算出プログラム及び降水強度算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、降水強度算出装置、降水強度算出プログラム及び降水強度算出方法に関する。

近年、気象レーダにより観測された観測パラメータの１つであるレーダ反射因子Ｚから所定の変換式（Ｚ＝ＢＲ^β）を用いて降水強度Ｒを算出するときの精度の向上を図るべく、変換係数Ｂ、βの値を決定するための様々な手法が研究されている。

例えば、特許文献１には、観測パラメータから降水粒子のカテゴリー（例えば、雨、雪、霰等）を判定し、その判定したカテゴリーに応じた変換係数Ｂ、βを用いる気象レーダシステムが開示されている。

特開２０１１－２７５４６号公報

特許文献１に開示された気象レーダシステムでは、降水粒子のカテゴリーに応じた変換係数を用いるが、同一のカテゴリーであっても、その１つのカテゴリーの中には、様々な降水状況が含まれているため、変換係数として同一の値を用いることは適切でない。例えば、「雨」という同一のカテゴリーであっても、雨滴の大きさの分布が変化すれば最適な変換係数は変動する。また、「霙」という同一のカテゴリーであっても、含水率が変化すれば最適な変換係数は変動するし、「雪」という同一のカテゴリーであっても、雲粒寄与率や密度が変化すれば最適な変換係数は変動する。

また、気象レーダの観測領域は、例えば、半径３０～２００ｋｍと広範囲に及ぶため、同時刻であっても観測領域の各地点の降水状況は一様ではないことから、観測領域の全体に対して変換係数として同一の値を用いることは適切でない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、観測領域の全体に亘って降水強度を高精度に算出することができる降水強度算出装置、降水強度算出プログラム及び降水強度算出方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る降水強度算出装置は、
所定の観測領域を有するレーダ観測装置により所定の観測時刻毎に観測されたレーダ観測パラメータの空間分布と、前記観測領域内の所定の観測地点に設置された降水粒子観測装置により観測された降水粒子観測パラメータとに基づいて、所定の基準時刻における前記観測領域に対する降水強度の空間分布を算出する降水強度算出装置であって、
前記降水粒子観測パラメータに基づいて、前記観測時刻毎の降水種別を特定する降水種別特定部と、
前記基準時刻よりも前の所定の観測期間に含まれる前記観測時刻毎の前記レーダ観測パラメータの空間分布の代表値と、当該観測時刻毎の前記降水種別とに応じて、前記降水種別毎の発生頻度を計数することにより、前記レーダ観測パラメータに対する前記降水種別毎の発生比率を特定する発生比率特定部と、
前記降水種別毎の前記発生比率に応じて前記降水種別毎に予め定められた所定の変換係数を按分することにより、前記レーダ観測パラメータを変数として、前記レーダ観測パラメータを前記降水強度に変換するときの変換係数を導出する変換係数導出関数を作成する導出関数作成部と、
前記変換係数導出関数に基づいて、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布を、前記観測領域に対する前記変換係数の空間分布に変換する変換部と、
前記変換係数の空間分布と、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布とに基づいて、前記降水強度の空間分布を算出する算出部とを備える。

また、本発明の一実施形態に係る降水強度算出プログラムは、
コンピュータを、上記降水強度算出装置として機能させる。

また、本発明の一実施形態に係る降水強度算出方法は、
所定の観測領域を有するレーダ観測装置により所定の観測時刻毎に観測されたレーダ観測パラメータの空間分布と、前記観測領域内の所定の観測地点に設置された降水粒子観測装置により観測された降水粒子観測パラメータとに基づいて、所定の基準時刻における前記観測領域に対する降水強度の空間分布を算出する降水強度算出方法であって、
前記降水粒子観測パラメータに基づいて、前記観測時刻毎の降水種別を特定する降水種別特定工程と、
前記基準時刻よりも前の所定の観測期間に含まれる前記観測時刻毎の前記レーダ観測パラメータの空間分布の代表値と、当該観測時刻毎の前記降水種別とに応じて、前記降水種別毎の発生頻度を計数することにより、前記レーダ観測パラメータに対する前記降水種別毎の発生比率を特定する発生比率特定工程と、
前記降水種別毎の前記発生比率に応じて前記降水種別毎に予め定められた所定の変換係数を按分することにより、前記レーダ観測パラメータを変数として、前記レーダ観測パラメータを前記降水強度に変換するときの変換係数を導出する変換係数導出関数を作成する導出関数作成工程と、
前記変換係数導出関数に基づいて、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布を、前記観測領域に対する前記変換係数の空間分布に変換する変換工程と、
前記変換係数の空間分布と、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布とに基づいて、前記降水強度の空間分布を算出する算出工程とを備える。

本発明の一実施形態に係る降水強度算出装置、降水強度算出プログラム及び降水強度算出方法によれば、発生比率特定部（発生比率特定工程）が、基準時刻よりも前の観測期間に含まれるレーダ観測パラメータの空間分布と、降水粒子観測パラメータとの間を統計的に対応付けることにより、レーダ観測パラメータに対する降水種別毎の発生比率を特定し、導出関数作成部（導出関数作成工程）が、その降水種別毎の発生比率に応じて降水種別毎に予め定められた所定の変換係数を按分することにより、変換係数導出関数を作成し、変換部（変換工程）が、その変換係数導出関数に基づいて、基準時刻のレーダ観測パラメータの空間分布を変換係数の空間分布に変換し、算出部（算出工程）が、その変換係数の空間分布と、基準時刻のレーダ観測パラメータの空間分布とに基づいて、基準時刻の降水強度の空間分布を算出する。

そのため、変換係数の空間分布は、観測領域の全体に対して同一の値の変換係数を用いるのではなく、基準時刻よりも前の観測期間における直近の降水状況として観測されたレーダ観測パラメータ及び降水粒子観測パラメータの間の相関関係に基づく変換係数導出関数を用いることより、観測領域内の各地点の降水状況を反映するように、変換係数の値が空間分布として導出されたものである。したがって、降水強度算出装置は、観測領域の全体に亘って降水強度を高精度に算出することができる。

本発明の実施形態に係る降水強度算出システム１００の一例を示す全体構成図である。 本発明の実施形態に係る降水強度算出装置１の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るレーダ観測分布データベース１１１の一例を示すデータ構成図である。 本発明の実施形態に係る降水粒子観測データベース１１２の一例を示すデータ構成図である。 本発明の実施形態に係る降水強度算出装置１による降水強度算出処理（降水強度算出方法）の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る降水強度算出装置１による降水強度算出処理（降水強度算出方法）の一例を示すフローチャート（図５の続き）である。 本発明の実施形態に係る降水種別分類表１１３の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る降水強度算出装置１が降水強度算出処理にて作成するデータの一例として、（ａ）は、降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）、（ｂ）は、発生比率曲線Ｇ（Ｚ）、（ｃ）は、変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）を示す図である。 本発明の実施形態に係る変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る降水強度算出システム１００の一例を示す全体構成図である。

降水強度算出システム１００は、所定の観測領域２０を有するレーダ観測装置２と、観測領域２０内の所定の観測地点３０Ａ～３０Ｃに設置された降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃと、レーダ観測装置２及び降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃによる観測結果に基づいて、所定の基準時刻（例えば、現在時刻）における観測領域２０に対する降水強度Ｒの空間分布（以下、「降水強度分布Ｒｄ」という）を算出する降水強度算出装置１とを備える。

降水強度算出装置１は、汎用のコンピュータであり、例えば、サーバ型、デスクトップ型、ノートブック型等のコンピュータで構成されている。降水強度算出装置１は、有線又は無線の通信網４を介してレーダ観測装置２及び降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃと接続されている。

レーダ観測装置２は、例えば、半径３０～２００ｋｍ程度の観測領域２０を有する気象レーダであり、在来型レーダ、ドップラーレーダ、マルチパラメータレーダ（ＭＰレーダ）等で構成されている。

レーダ観測装置２は、所定の観測時刻毎（例えば、１分～５分毎のレーダ観測周期）に、観測領域２０に対するレーダ観測パラメータの空間分布を観測する。レーダ観測装置２によるレーダ観測パラメータは、観測領域２０に対する面的な情報であって、時間軸に対して離散的な情報である。レーダ観測パラメータは、例えば、レーダ反射因子Ｚと呼ばれるものであり、降水強度Ｒを算出するためのパラメータであれば、他のパラメータでもよいし、レーダ反射因子Ｚに他のパラメータを組み合わせたものでもよい。本実施形態では、レーダ観測パラメータは、レーダ反射因子Ｚであり、レーダ観測装置２は、レーダ反射因子Ｚの空間分布（以下、「レーダ観測分布Ｚｄ」という）を観測するものとする。

降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃは、観測地点３０Ａ～３０Ｃにおいて地上に設置されたセンサであり、例えば、光学方式のディスドロメータで構成されている。なお、本実施形態では、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃは、図１に示すように、観測領域２０内に３つ設置されているが、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃの設置数は、これに限られず、１つでもよいし、複数（２つ又は４つ以上）でもよい。

降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃは、時間軸に対して連続的に降水粒子観測パラメータを観測する。降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃによる降水粒子観測パラメータは、観測地点３０Ａ～３０Ｃに対するピンポイントの情報であって、時間軸に対して連続的な情報である。降水粒子観測パラメータは、例えば、粒径Ｄ及び落下速度Ｖであり、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃによりそれぞれ観測された粒径Ｄ及び落下速度Ｖは、粒径Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃ及び落下速度Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃとしてそれぞれ表される。なお、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃは、レーダ観測周期よりも短い降水粒子観測周期（例えば、１秒毎）で降水粒子観測パラメータを観測したものでもよいし、連続的に観測した降水粒子観測パラメータを所定の期間で平均化した平均値を、降水粒子観測パラメータとしたものでもよい。

（降水強度算出装置１の構成について）
図２は、本発明の実施形態に係る降水強度算出装置１の一例を示すブロック図である。

降水強度算出装置１は、ＨＤＤ、メモリ等により構成される記憶部１１と、ＣＰＵ等のプロセッサにより構成される制御部１２と、外部装置（レーダ観測装置２及び降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃ等）との間の有線又は無線による通信インターフェースとして機能する通信部１３と、キーボード、タッチパネル等により構成される入力部１４と、ディスプレイ等により構成される表示部１５とを備える。

記憶部１１には、降水強度算出プログラム１１０、レーダ観測分布データベース１１１、降水粒子観測データベース１１２、及び、降水種別分類表１１３が記憶されている。

図３は、本発明の実施形態に係るレーダ観測分布データベース１１１の一例を示すデータ構成図である。

レーダ観測分布データベース１１１は、観測時刻毎に、レーダ観測装置２により観測されたレーダ観測分布Ｚｄを記録したものである。レーダ観測分布Ｚｄのデータとしては、例えば、観測領域２０をメッシュ状の各区域２１（ｉ，ｊ）に区切り、各区域２１（ｉ，ｊ）に対するレーダ反射因子Ｚ（ｉ，ｊ）の値を含むものである。

図３では、過去の時刻（ｔ０－ｎ）から現在時刻ｔ０までの観測時刻毎のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０－ｎ），…，Ｚｄ（ｔ０）が表されており、そのうちの現在時刻ｔ０におけるレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）のデータが模式的に表されている。

図４は、本発明の実施形態に係る降水粒子観測データベース１１２の一例を示すデータ構成図である。

降水粒子観測データベース１１２は、観測地点３０Ａ～３０Ｃ毎に、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃにより観測された粒径Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃ及び落下速度Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃを時系列で記録したものである。本実施形態では、粒径Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃ及び落下速度Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃは、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃにより連続的に観測された降水粒子観測パラメータを、観測時刻毎に平均化した平均値が記録されたものとする。

図４では、過去の時刻（ｔ０－ｎ）から現在時刻ｔ０までの観測時刻毎の粒径Ｄ_Ａ（ｔ０－ｎ），…，Ｄ_Ａ（ｔ０）、Ｄ_Ｂ（ｔ０－ｎ），…，Ｄ_Ｂ（ｔ０）、Ｄ_Ｃ（ｔ０－ｎ），…，Ｄ_Ｃ（ｔ０）、及び、落下速度Ｖ_Ａ（ｔ０－ｎ），…，Ｖ_Ａ（ｔ０）、Ｖ_Ｂ（ｔ０－ｎ），…，Ｖ_Ｂ（ｔ０）、Ｖ_Ｃ（ｔ０－ｎ），…，Ｖ_Ｃ（ｔ０）が表されており、そのうちの現在時刻ｔ０における粒径Ｄ_Ａ（ｔ０）及び落下速度Ｖ_Ａ（ｔ０）のデータが模式的に表されている。

降水種別分類表１１３は、降水種別毎に、粒径Ｄ及び落下速度Ｖの各範囲が対応付けられたものである。なお、降水種別分類表１１３の詳細（図７参照）は後述する。

制御部１２は、図２に示すように、記憶部１１に記憶された降水強度算出プログラム１１０を実行することにより、データ取得部１２０、降水強度算出処理部１２１、及び、出力処理部１２２として機能する。

データ取得部１２０は、レーダ観測分布データベース１１１及び降水粒子観測データベース１１２を参照することにより、レーダ観測パラメータ（レーダ観測分布Ｚｄ）、及び、降水粒子観測パラメータ（粒径Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃ及び落下速度Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ）を取得する。なお、データ取得部１２０は、レーダ観測装置２及び降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃから通信部１３を介してレーダ観測パラメータ及び降水粒子観測パラメータを取得してもよい。また、データ取得部１２０は、例えば、ＵＳＢメモリ、ＤＶＤ等の記録媒体からレーダ観測パラメータ及び降水粒子観測パラメータを取得してもよいし、外部のデータベースから通信部１３を介してレーダ観測パラメータ及び降水粒子観測パラメータを取得してもよい。

また、データ取得部１２０は、外部の気象データベース５から通信部１３を介して観測領域２０の各区域２１（ｉ，ｊ）に対する温度、風向等の気象データを取得する。なお、気象データベース５は、記憶部１１に記憶されていてもよい。

降水強度算出処理部１２１は、基準時刻よりも前の所定の観測期間（例えば、６時間）に含まれるレーダ観測分布Ｚｄと、粒径Ｄ及び落下速度Ｖとの間を統計的に対応付けることにより、レーダ反射因子Ｚを降水強度Ｒに変換するときの変換係数Ｂ、βを最適化し、その変換係数Ｂ、βと、基準時刻におけるレーダ観測分布Ｚｄとに基づいて、基準時刻における降水強度分布Ｒｄを算出する降水強度算出処理を行う。

ここで、レーダ反射因子Ｚ、降水強度Ｒ、及び、変換係数Ｂ、βは、下記の式（１）に示す関係を有する。

したがって、降水強度Ｒは、変換係数Ｂ、βと、レーダ反射因子Ｚとに基づいて算出される。本実施形態では、降水強度算出処理部１２１は、変換係数βの値を「１．６７」で固定した状態で、変換係数Ｂの値を最適化し、その変換係数Ｂと、レーダ観測分布Ｚｄとに基づいて、降水強度分布Ｒｄを算出する。

このとき、変換係数Ｂは、例えば、雨、霰（あられ）、雪、霙（みぞれ）等として分類される降水種別に応じて変動するため、変換係数Ｂは、降水種別毎に予め定められている。「雨」に対する変換係数Ｂは、Ｂ（雨）、「霰」に対する変換係数Ｂは、Ｂ（霰）、「雪」に対する変換係数Ｂは、Ｂ（雪）、「霙」に対する変換係数Ｂは、Ｂ（霙）としてそれぞれ表される。

しかしながら、複数の降水種別が混在している降水状況、特に、雨、霰、雪及び霙の中から任意に選択された２つの降水種別が混在している降水状況では、降水種別毎に予め定められた変換係数Ｂをそのまま用いることは適切ではない。また、観測領域２０は、広範囲に及ぶため、同時刻であっても観測領域２０の各地点の降水状況は一様ではないことから、観測領域２０の全体に対して同一の変換係数Ｂを用いることも適切でない。

したがって、降水強度算出処理部１２１は、降水種別が混在している降水状況に応じて降水種別毎に予め定められた変換係数Ｂを按分するとともに、観測領域２０の各地点の降水状況に応じて変換係数Ｂの空間分布（以下、「変換係数分布Ｂｄ」という）を作成する。そして、降水強度算出処理部１２１は、その変換係数分布Ｂｄと、レーダ観測分布Ｚｄとに基づいて、降水強度分布Ｒｄを算出する。

降水強度算出処理部１２１は、上記の降水強度算出処理を行う具体的な構成として、降水状況判定部１２１ａ、降水種別特定部１２１ｂ、発生比率特定部１２１ｃ、導出関数作成部１２１ｄ、変換部１２１ｅ、及び、算出部１２１ｆを備える。なお、各部の詳細は後述する。

出力処理部１２２は、降水強度算出処理の処理結果として、降水強度分布Ｒｄを、例えば、表示部１５の表示画面として出力する出力処理を行う。

なお、出力処理部１２２は、降水強度算出処理の処理結果として、例えば、降水強度分布Ｒｄの時系列の変化や、降水強度分布Ｒｄを時系列で積算することによる所定時間当たりの降水量を出力してもよいし、降水強度分布Ｒｄに所定の閾値を超える降水強度が含まれる場合には、アラーム情報を出力してもよい。また、出力処理部１２２は、出力処理として、処理結果をデータとして記憶部１１に記憶してもよいし、降水強度算出装置１とは別の装置（例えば、ユーザ端末）の表示画面に処理結果を出力してもよいし、画像形成装置（プリンタ、複合機等）を介して紙媒体等に処理結果を出力してもよい。

（降水強度算出装置１の動作について）
次に、降水強度算出処理の詳細と、制御部１２の各部の機能について説明する。

図５及び図６は、本発明の実施形態に係る降水強度算出装置１による降水強度算出処理（降水強度算出方法）の一例を示すフローチャートである。

図５及び図６に示す降水強度算出処理では、レーダ観測装置２が、５分毎（所定の観測時刻毎）にレーダ観測分布Ｚｄを観測し、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃが、粒径Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃ及び落下速度Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃをそれぞれ観測し、降水強度算出装置１が、レーダ観測装置２及び降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃによる過去６時間（所定の観測期間）の観測結果に基づいて変換係数分布Ｂｄを作成し、当該変換係数分布Ｂｄと、現在時刻ｔ０（所定の基準時刻）におけるレーダ観測分布Ｚｄとに基づいて、現在時刻ｔ０における降水強度分布Ｒｄを算出する場合について説明する。

まず、データ取得部１２０は、降水強度算出処理に必要なデータを取得する（ステップＳ１）。降水強度算出処理に必要なデータとしては、以下に示すデータである。

（１）現在時刻ｔ０のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）
（２）過去６時間に含まれる５分毎のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０－ｎ）（ただし、ｎ＝１～７２の整数）
（３）現在時刻ｔ０の粒径Ｄ_Ａ（ｔ０）、Ｄ_Ｂ（ｔ０）、Ｄ_Ｃ（ｔ０）及び落下速度Ｖ_Ａ（ｔ０）、Ｖ_Ｂ（ｔ０）、Ｖ_Ｃ（ｔ０）
（４）過去６時間に含まれる５分毎の粒径Ｄ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｄ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｄ_Ｃ（ｔ０－ｎ）及び落下速度Ｖ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｖ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｖ_Ｃ（ｔ０－ｎ）（ただし、ｎ＝１～７２の整数）
（５）現在時刻ｔ０の気象データ

なお、データ取得部１２０は、ステップＳ１で全てのデータを取得するのではなく、データが必要となるステップ（タイミング）で上記データをそれぞれ取得するようにしてもよい。

次に、降水状況判定部１２１ａは、現在時刻ｔ０の気象データにおいて、気温Ｔｅｍｐ（ｔ０）が、所定の雨判定温度（例えば、６℃）を超えているか否かを判定し（ステップＳ１０）、雨判定温度を超えている場合には（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、算出部１２１ｆは、変換係数Ｂ（雨）を用いることにより、降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する（ステップＳ１００）。

次に、降水状況判定部１２１ａは、現在時刻ｔ０の気象データにおいて、気温Ｔｅｍｐ（ｔ０）が、所定の霰判定温度（例えば、０℃）を超えているか否かを判定し（ステップＳ１１）、霰判定温度を超えている場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、算出部１２１ｆは、変換係数Ｂ（霰）を用いることにより、降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する（ステップＳ１１０）。

次に、降水種別特定部１２１ｂは、下記の式（２）を用いることにより、現在時刻ｔ０の粒径Ｄ_Ａ（ｔ０）、Ｄ_Ｂ（ｔ０）、Ｄ_Ｃ（ｔ０）及び落下速度Ｖ_Ａ（ｔ０）、Ｖ_Ｂ（ｔ０）、Ｖ_Ｃ（ｔ０）に基づいて、傾斜係数ＲＭＩ_Ａ、ＲＭＩ_Ｂ、ＲＭＩ_Ｃをそれぞれ算出する（ステップＳ２０）。

そして、降水種別特定部１２１ｂは、傾斜係数ＲＭＩ_Ａ、ＲＭＩ_Ｂ、ＲＭＩ_Ｃの全てが、所定の雨判定閾値（例えば、３．０）以上であるか否かを判定し（ステップＳ２１）、雨判定閾値以上の場合には（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、算出部１２１ｆは、変換係数Ｂ（雨）を用いることにより、降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する（ステップＳ１００）。

次に、降水種別特定部１２１ｂは、現在時刻ｔ０の粒径Ｄ_Ａ（ｔ０）、Ｄ_Ｂ（ｔ０）、Ｄ_Ｃ（ｔ０）の全てが、所定の霰判定閾値（例えば、３ｍｍ）以下であるか否かを判定し（ステップＳ２２）、霰判定閾値以下の場合には（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、算出部１２１ｆは、変換係数Ｂ（霰）を用いることにより、降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する（ステップＳ１１０）。

次に、降水種別特定部１２１ｂは、過去６時間に含まれる５分毎の粒径Ｄ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｄ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｄ_Ｃ（ｔ０－ｎ）及び落下速度Ｖ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｖ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｖ_Ｃ（ｔ０－ｎ）に基づいて、５分毎の降水種別Ｃ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｃ（ｔ０－ｎ）を特定する（ステップＳ３０：降水種別特定工程）。

図７は、本発明の実施形態に係る降水種別特定部１２１ｂが、粒径Ｄ及び落下速度Ｖに基づいて、降水種別Ｃを特定するときの降水種別分類表１１３の一例を示す図である。

降水種別分類表１１３は、粒径Ｄを横軸として、落下速度Ｖを縦軸として、上記の式（２）により算出される傾斜係数ＲＭＩの各値に対応する２つの区分線１１３０Ａ、１１３０Ｂを有する。区分線１１３０Ａは、傾斜係数ＲＭＩが「３」に対応し、区分線１１３０Ｂは、傾斜係数ＲＭＩが「０．７」に対応するものであり、区分線１１３０Ａ、１１３０Ｂは、降水種別毎に、粒径Ｄ及び落下速度Ｖの各範囲を対応付けるものである。

具体的には、各観測時刻（ｔ０－ｎ）の粒径Ｄ（ｔ０―ｎ）及び落下速度Ｖ（ｔ０―ｎ）が、降水種別分類表１１３にプロットされたとき、そのプロットが、縦軸と区分線１１３０Ａにより囲まれた範囲１１３１Ａに位置する場合には、降水種別は「雨」に分類され、区分線１１３０Ａと区分線１１３０Ｂにより囲まれた範囲１１３１Ｂに位置する場合には、降水種別は「霰」に分類され、区分線１１３０Ｂと横軸により囲まれた範囲１１３１Ｃに位置する場合には、降水種別は「雪」に分類される。なお、区分線１１３０Ａ、１１３０Ｂに対応する傾斜係数ＲＭＩの値は、適宜変更してもよい。また、区分線の数を増やして、降水種別がさらに細かく分類されていていてもよい。

したがって、降水種別特定部１２１ｂは、５分毎の粒径Ｄ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｄ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｄ_Ｃ（ｔ０－ｎ）及び落下速度Ｖ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｖ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｖ_Ｃ（ｔ０－ｎ）を、降水種別分類表１１３に当てはめることにより、各観測地点３０Ａ～３０Ｃに対して５分毎の降水種別Ｃ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｃ（ｔ０－ｎ）を特定する。

次に、発生比率特定部１２１ｃは、現在時刻ｔ０よりも前の過去６時間に含まれる５分毎のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０－ｎ）の代表値ＺＲ_Ａ（ｔ０－ｎ）、ＺＲ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、ＺＲ_Ｃ（ｔ０－ｎ）と、５分毎の降水種別Ｃ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｃ（ｔ０－ｎ）とに応じて、降水種別毎の発生頻度を計数することにより、レーダ反射因子Ｚに対する降水種別毎の発生比率を特定する（ステップＳ４０、Ｓ４１：発生比率特定工程）。

具体的には、発生比率特定部１２１ｃは、各観測地点３０Ａ～３０Ｃに対する５分毎のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０－ｎ）の代表値ＺＲ_Ａ（ｔ０－ｎ）、ＺＲ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、ＺＲ_Ｃ（ｔ０－ｎ）として、例えば、各観測地点３０Ａ～３０Ｃよりも風上側に位置する所定の解析領域２２（例えば、１０ｋｍ四方の領域（図３参照））に含まれるレーダ反射因子Ｚの平均値（ここでは、Ｚの算術平均ではなく、Ｚ^{１／１．６７}の平均値）を算出する。

そして、発生比率特定部１２１ｃは、５分毎のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０－ｎ）の代表値ＺＲ_Ａ（ｔ０－ｎ）、ＺＲ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、ＺＲ_Ｃ（ｔ０－ｎ）と、５分毎の降水種別Ｃ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｃ（ｔ０－ｎ）とに応じて、レーダ反射因子Ｚに対する降水種別毎の発生頻度を示す降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）を作成する（ステップＳ４０）。

図８（ａ）は、本発明の実施形態に係る発生比率特定部１２１ｃにより作成される降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）の一例を示す図である。

降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）は、レーダ反射因子Ｚを横軸とし、降水種別の発生頻度を縦軸として、レーダ反射因子Ｚに対する降水種別毎の発生頻度を計数したものである。図８（ａ）に示す降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）は、過去６時間前から現在時刻ｔ０までの観測領域２０内の降水状況として、「雪」と「霰」が混在しており、各観測地点３０Ａ～３０Ｃに対する５分毎の降水種別Ｃ_Ａ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｂ（ｔ０－ｎ）、Ｃ_Ｃ（ｔ０－ｎ）が、「雪」及び「霰」のいずれかに分類されている場合に作成されたものである。

本実施形態では、上記のように、「雪」と「霰」が混在する降水状況である場合を前提とするため、降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）において、「雪」の発生頻度を結ぶことによる近似曲線は、「雪」の発生頻度曲線Ｆ_Ｓ（Ｚ）として表され、「霰」の発生頻度を結ぶことによる近似曲線は、「霰」の発生頻度曲線Ｆ_Ｈ（Ｚ）として表される。

次に、発生比率特定部１２１ｃは、図８（ａ）に示す降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）に基づいて、レーダ反射因子Ｚに対する降水種別毎の発生比率を示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）を作成する（ステップＳ４１）。

本実施形態では、「雪」と「霰」が混在している降水状況であるため、導出関数作成部１２１ｄは、図８（ａ）に示す降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）における「雪」の発生頻度曲線Ｆ_Ｓ（Ｚ）と、「霰」の発生頻度曲線Ｆ_Ｈ（Ｚ）とから、下記の式（３）を用いることにより、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ）及び「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ）を示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）を作成する。

図８（ｂ）は、本発明の実施形態に係る発生比率特定部１２１ｃにより作成される発生比率曲線Ｇ（Ｚ）の一例を示す図である。

発生比率曲線Ｇ（Ｚ）は、レーダ反射因子Ｚを横軸とし、降水種別毎の発生比率Ｇｓ、Ｇｈを縦軸として、レーダ反射因子Ｚに対する降水種別毎の発生比率、すなわち、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ）と、「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ）とをそれぞれ示すものである。

図８（ａ）に示す降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）において、レーダ反射因子Ｚが「Ｚ１」の場合には、「雪」の発生頻度Ｆ_Ｓ（Ｚ１）は、Ｆ_Ｓ１回であるのに対し、「霰」の発生頻度Ｆ_Ｈ（Ｚ１）は、０回であるため、図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）では、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ１）は「１」、「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ１）は「０」となる。

また、図８（ａ）に示す降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）において、レーダ反射因子Ｚが「Ｚ２」の場合には、「雪」の発生頻度Ｆ_Ｓ（Ｚ２）は、Ｆ_Ｓ２回であるのに対し、「霰」の発生頻度Ｆ_Ｈ（Ｚ２）は、Ｆ_Ｈ２回であるため、図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）では、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ２）は「Ｆ_Ｓ２／（Ｆ_Ｓ２＋Ｆ_Ｈ２）」、「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ２）は「Ｆ_Ｈ２／（Ｆ_Ｓ２＋Ｆ_Ｈ２）」となる。

さらに、図８（ａ）に示す降水種別毎ヒストグラムＨ（Ｚ）において、レーダ反射因子Ｚが「Ｚ３」の場合には、「雪」の発生頻度Ｆ_Ｓ（Ｚ３）は、０回であるのに対し、「霰」の発生頻度Ｆ_Ｈ（Ｚ３）は、Ｆ_Ｈ３回であるため、図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）では、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ３）は「０」、「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ３）は「１」となる。

次に、導出関数作成部１２１ｄは、図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）に応じて降水種別毎に予め定められた所定の変換係数を按分することにより、レーダ反射因子Ｚを変数として、変換係数Ｂを導出する変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）を作成する（ステップＳ５０：導出関数作成工程）。

本実施形態では、「雪」と「霰」が混在している降水状況であるため、導出関数作成部１２１ｄは、下記の式（４）を用いることにより、図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）に応じて変換係数Ｂ（雪）と変換係数Ｂ（霰）とを按分することにより、レーダ反射因子Ｚを変数とする変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）を作成する。

図８（ｃ）は、本発明の実施形態に係る導出関数作成部１２１ｄにより作成される変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）の一例を示す図である。

図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）において、レーダ反射因子Ｚが「Ｚ１」の場合には、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ１）は「１」、「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ１）は「０」であるため、図８（ｃ）に示す変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）では、Ｂ（Ｚ１）＝Ｂ（雪）である。

また、図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）において、レーダ反射因子Ｚが「Ｚ２」の場合には、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ２）と、「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ２）とに応じて、変換係数Ｂ（雪）と、変換係数Ｂ（霰）とが按分されるため、図８（ｃ）に示す変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）では、Ｂ（Ｚ２）＝Ｂ（雪）×Ｇｓ（Ｚ２）＋Ｂ（霰）×Ｇｈ（Ｚ２）である。

さらに、図８（ｂ）に示す発生比率曲線Ｇ（Ｚ）において、レーダ反射因子Ｚが「Ｚ３」の場合には、「雪」の発生比率Ｇｓ（Ｚ３）は「０」、「霰」の発生比率Ｇｈ（Ｚ１）は「１」であるため、図８（ｃ）に示す変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）では、Ｂ（Ｚ３）＝Ｂ（霰）である。

次に、変換部１２１ｅは、変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）に基づいて、レーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）を、変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）に変換する（ステップＳ６０：変換工程）。

図９は、本発明の実施形態に係る変換部１２１ｅにより作成される変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）の一例を示す図である。

レーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）のデータは、図３に示すように、観測領域２０がメッシュ状に区切られた各区域２１（ｉ，ｊ）に対してレーダ反射因子Ｚ（ｉ，ｊ）の値が割り当てられたものである。したがって、変換部１２１ｅは、各区域２１（ｉ，ｊ）に対するレーダ反射因子Ｚ（ｉ，ｊ）の値を、変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）に代入して、各区域２１（ｉ，ｊ）に対する変換係数Ｂ（Ｚ（ｉ，ｊ））を算出することにより、レーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）を、変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）に変換する。

次に、算出部１２１ｆは、変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）と、レーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）とに基づいて、降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する（ステップＳ７０：算出工程）。

図１０は、本発明の実施形態に係る算出部１２１ｆにより作成される降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）の一例を示す図である。

変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）及びレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）のデータは、観測領域２０がメッシュ状に区切られた各区域２１（ｉ，ｊ）に対して変換係数Ｂ（Ｚ（ｉ，ｊ））及びレーダ反射因子Ｚ（ｉ，ｊ）の値がそれぞれ割り当てられたものである。したがって、算出部１２１ｆは、同一の区域２１（ｉ，ｊ）に割り当てられた変換係数Ｂ（Ｚ（ｉ，ｊ））及びレーダ反射因子Ｚ（ｉ，ｊ）の値を上記の式（１）に代入して、各区域２１（ｉ，ｊ）に対する降水強度Ｒ（ｉ，ｊ）を算出することにより、降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する。

そして、出力処理部１２２は、降水強度算出処理の処理結果として、ステップＳ７０、Ｓ１００、Ｓ１１０にて算出された降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を、例えば、表示部１５の表示画面として出力する出力処理を行う（ステップＳ２００）。表示画面には、例えば、図１０に示す降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）が、観測領域２０に対応する地図に重畳された状態で表示される。

以上のようにして、降水強度算出装置１は、図５及び図６に示すフローチャートの一連の動作を行う。そして、降水強度算出装置１は、上記一連の動作を、例えば、観測時刻毎に繰り返し行うことにより、降水種別が時々刻々と変化するような降水状況に対応して、降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する。

本実施形態に係る降水強度算出装置１によれば、発生比率特定部１２１ｃが、基準時刻よりも前の観測期間に含まれるレーダ観測パラメータの空間分布（レーダ観測分布Ｚｄ）と、降水粒子観測パラメータ（粒径Ｄ及び落下速度Ｖ）との間を統計的に対応付けることにより、レーダ観測パラメータに対する降水種別毎の発生比率を特定し、導出関数作成部１２１ｄが、その降水種別毎の発生比率に応じて降水種別毎に予め定められた所定の変換係数を按分することにより、変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）を作成し、変換部１２１ｅが、その変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）に基づいて、基準時刻のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）を変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）に変換し、算出部１２１ｆが、その変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）と、基準時刻のレーダ観測分布Ｚｄ（ｔ０）とに基づいて、基準時刻の降水強度分布Ｒｄ（ｔ０）を算出する。

そのため、変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）は、観測領域２０の全体に対して同一の値の変換係数を用いるのではなく、基準時刻よりも前の観測期間における直近の降水状況として観測されたレーダ観測パラメータ及び降水粒子観測パラメータの間の相関関係に基づく変換係数導出関数Ｂ（Ｚ）を用いることより、観測領域２０内の各地点の降水状況を反映するように、変換係数Ｂの値が空間分布として導出されたものである。したがって、降水強度算出装置１は、観測領域２０の全体に亘って降水強度を高精度に算出することができる。

また、降水種別特定部１２１ｂが、粒径Ｄ及び落下速度Ｖを、図７に示す降水種別分類表１１３に当てはめることにより、降水種別を特定する。したがって、降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃとして、粒径Ｄ及び落下速度Ｖを観測する装置を使用し、降水種別を簡便に特定することができる。

また、発生比率特定部１２１ｃは、レーダ観測分布Ｚｄの代表値として、観測地点３０Ａ～３０Ｃよりも風上側に位置する所定の解析領域２２に含まれるレーダ反射因子Ｚの平均値を用いる。解析領域２２は、観測地点３０Ａ～３０Ｃにおいて降水粒子観測装置３Ａ～３Ｃにより観測される降水粒子をもたらす領域であるため、レーダ観測パラメータの空間分布（レーダ観測分布Ｚｄ）と、降水粒子観測パラメータ（粒径Ｄ及び落下速度Ｖ）との間の対応関係を、変換係数分布Ｂｄ（ｔ０）に適切に反映することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、降水種別毎に予め定められた変換係数Ｂ（雨）、変換係数Ｂ（霰）、変換係数Ｂ（雪）、及び、変換係数Ｂ（霙）は、観測領域２０において観測された雲の種類や観測領域２０の地形等に応じて変動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、「雪」と「霰」が混在する降水状況である場合を前提として、降水強度算出処理について説明したが、降水強度算出処理は、雨、霰、雪及び霙の中から任意に選択された２つが混在する降水状況に適用されてもよい。さらに、降水強度算出処理において、例えば、ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ２２の各ステップを省略してもよい。

また、上記実施形態では、降水強度算出プログラム１１０は、記憶部１１に記憶されたものとして説明したが、ＵＳＢメモリ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルで記録されて提供されてもよいし、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供されてもよい。

１…降水強度算出装置、
２…レーダ観測装置、２０…観測領域、２１…区域、２２…解析領域
３Ａ～３Ｃ…降水粒子観測装置、３０Ａ～３０Ｃ…観測地点、
４…通信網、５…気象データベース、
１１…記憶部、１２…制御部、１３…通信部、１４…入力部、１５…表示部、
１００…降水強度算出システム、１１０…降水強度算出プログラム、
１１１…レーダ観測分布データベース、１１２…降水粒子観測データベース、
１１３…降水種別分類表、
１１３０Ａ、１１３０Ｂ…区分線、１１３１Ａ～１１３１Ｃ…範囲、
１２０…データ取得部、１２１…降水強度算出処理部、
１２１ａ…降水状況判定部、１２１ｂ…降水種別特定部、
１２１ｃ…発生比率特定部、１２１ｄ…導出関数作成部、
１２１ｅ…変換部、１２１ｆ…算出部、１２２…出力処理部

Claims (6)

1. 所定の観測領域を有するレーダ観測装置により所定の観測時刻毎に観測されたレーダ観測パラメータの空間分布と、前記観測領域内の所定の観測地点に設置された降水粒子観測装置により観測された降水粒子観測パラメータとに基づいて、所定の基準時刻における前記観測領域に対する降水強度の空間分布を算出する降水強度算出装置であって、
   前記降水粒子観測パラメータに基づいて、前記観測時刻毎の降水種別を特定する降水種別特定部と、
   前記基準時刻よりも前の所定の観測期間に含まれる前記観測時刻毎の前記レーダ観測パラメータの空間分布の代表値と、当該観測時刻毎の前記降水種別とに応じて、前記降水種別毎の発生頻度を計数することにより、前記レーダ観測パラメータに対する前記降水種別毎の発生比率を特定する発生比率特定部と、
   前記降水種別毎の前記発生比率に応じて前記降水種別毎に予め定められた所定の変換係数を按分することにより、前記レーダ観測パラメータを変数として、前記レーダ観測パラメータを前記降水強度に変換するときの変換係数を導出する変換係数導出関数を作成する導出関数作成部と、
   前記変換係数導出関数に基づいて、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布を、前記観測領域に対する前記変換係数の空間分布に変換する変換部と、
   前記変換係数の空間分布と、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布とに基づいて、前記降水強度の空間分布を算出する算出部とを備える、
   ことを特徴とする降水強度算出装置。
2. 前記降水種別特定部は、
   前記降水粒子観測パラメータとして、前記降水粒子観測装置により観測された粒径及び落下速度を、前記降水種別毎に、前記粒径及び前記落下速度の各範囲が対応付けられた降水種別分類表に当てはめることにより、前記降水種別を特定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の降水強度算出装置。
3. 前記発生比率特定部は、
   前記レーダ観測パラメータの空間分布の前記代表値として、前記観測地点よりも風上側に位置する所定の解析領域に含まれる前記レーダ観測パラメータの平均値を用いる、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の降水強度算出装置。
4. 前記降水種別は、
   雨、霰、雪及び霙の中から任意に選択された２つである、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の降水強度算出装置。
5. コンピュータを、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の降水強度算出装置として機能させる、
   ことを特徴とする降水強度算出プログラム。
6. 所定の観測領域を有するレーダ観測装置により所定の観測時刻毎に観測されたレーダ観測パラメータの空間分布と、前記観測領域内の所定の観測地点に設置された降水粒子観測装置により観測された降水粒子観測パラメータとに基づいて、所定の基準時刻における前記観測領域に対する降水強度の空間分布を算出する降水強度算出方法であって、
   前記降水粒子観測パラメータに基づいて、前記観測時刻毎の降水種別を特定する降水種別特定工程と、
   前記基準時刻よりも前の所定の観測期間に含まれる前記観測時刻毎の前記レーダ観測パラメータの空間分布の代表値と、当該観測時刻毎の前記降水種別とに応じて、前記降水種別毎の発生頻度を計数することにより、前記レーダ観測パラメータに対する前記降水種別毎の発生比率を特定する発生比率特定工程と、
   前記降水種別毎の前記発生比率に応じて前記降水種別毎に予め定められた所定の変換係数を按分することにより、前記レーダ観測パラメータを変数として、前記レーダ観測パラメータを前記降水強度に変換するときの変換係数を導出する変換係数導出関数を作成する導出関数作成工程と、
   前記変換係数導出関数に基づいて、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布を、前記観測領域に対する前記変換係数の空間分布に変換する変換工程と、
   前記変換係数の空間分布と、前記基準時刻における前記レーダ観測パラメータの空間分布とに基づいて、前記降水強度の空間分布を算出する算出工程とを備える、
   ことを特徴とする降水強度算出方法。

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