JP7110003B2 - 処理装置、処理方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、処理装置、処理方法、およびプログラムに関する。

気象レーダで観測される反射強度情報から地上降水強度を解析する装置が知られている。従来の技術では、精度よく地上降水強度を解析することができない場合があった。

特開２００３－３４４５５６号公報

HYANGSUK PARK, A. V. RYZHKOV, D. S ZRNIC and KYUNG-EAK KIM, 「The Hydrometeor Classification Algorithm for the Polarimetric WSR-88D:Description and Application to an MCS」, WEATHER AND FORECASTING, American Meteorological Society, 2009, Volume24, p730-748

本発明が解決しようとする課題は、より精度よく地上雨量に関する情報を導出することができる処理装置、処理方法、およびプログラムを提供することである。

実施形態の処理装置は、取得部と、選択部と、導出部とを持つ。取得部は、所定の領域が方位方向、距離方向および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの観測情報の品質を示す品質情報とを取得する。選択部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する。導出部は、選択部により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する。

処理システム１の構成を示す図。 レーダ装置１０が放射する電波の概念図である。 処理装置２０および表示情報生成装置５０の構成を示す図である。 処理装置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。 観測情報Ｄを説明するための図。 選択部２６により実行される処理の流れを示すフローチャート。 地上メッシュが選択される様子の一例を示す図である。 導出部２８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。 メッシュブロックＭＢ（地上メッシュ）ごとに設定された地上降水強度の算出手法の概念図。 端末装置６０の表示部に表示される画像ＩＭの一例を示す図である。

以下、実施形態の処理装置、処理方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、処理システム１の構成を示す図である。処理装置２０を含む処理システム１は、レーダ装置１０と、処理装置２０と、表示情報生成装置５０とを備える。レーダ装置１０と、処理装置２０とは、専用線などを介して通信する。処理装置２０と、表示情報生成装置５０とは、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮＷ１を介して通信する。また、表示情報生成装置５０は、ＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワークＮＷ２を介して端末装置６０と通信する。なお、処理装置２０と、表示情報生成装置５０とは一体に形成されていてもよい。

レーダ装置１０は、アンテナ１２と、アンテナ側制御装置１４とを含む。レーダ装置１０は、例えば大気の状態を観測する気象レーダである。また、アンテナ１２は、例えば、複数のアンテナ素子を備え、指向角を電子的に変更可能なフェーズドアレイアンテナである。なお、レーダ装置１０は、パラボラ型のレーダ装置であってもよい。レーダ装置１０は、仰角方向を電子的に走査しながら、アンテナ１２を水平方向に回転駆動することで、大気の状態を三次元で観測する。アンテナ１２は、アンテナ側制御装置１４の制御に基づいて、電波を送受信する。

以下の説明では、レーダ装置１０は、二重偏波フェーズドアレイレーダ装置であるものとして説明するが、これに代えて、二重偏波を用いていないレーダ装置であってもよいし、パラボラ型のレーダ装置であってもよい。二重偏波フェーズドアレイレーダ装置は、水平方向および垂直方向に振動する電波を送受信し、受信結果に基づいて、大気の状態を観測する。

アンテナ側制御装置１４は、レーダ側制御部１６と、情報蓄積部１８とを含む。レーダ側制御部１６は、仰角ビーム幅の広いファンビームをアンテナ１２に送信させる。レーダ側制御部１６は、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）処理を行う。レーダ側制御部１６は、送信したファンビームが降水粒子などの散乱体に当たり、戻ってきた反射電波を一度に受信して複数の仰角範囲の観測情報（偏波パラメータ）を同時に生成する。

情報蓄積部１８は、レーダ側制御部１６により取得された観測情報を蓄積し、蓄積した情報を処理装置２０に送信する。

ここで、二重偏波フェーズドアレイレーダ装置の特性について説明する。図２は、レーダ装置１０が放射する電波の概念図である。例えば、レーダ装置１０は、図２の左図に示すように水平偏波と、図２の右図に示すように垂直偏波とを大気に放射する。そして、レーダ装置１０は、放射した２種類の電波が大気中の粒子に当たり、戻ってきた反射電波を取得する。レーダ装置１０は、２種類の電波に対する反射電波を取得することにより、大気中の粒子の垂直方向に関する形状と水平方向に関する形状との情報を取得する。

例えば、大気中の雨滴は大きさによって形状が異なっている。また、あられや、雹、雪などは、それぞれ形状が異なる。例えば、大粒の雨滴は、扁平である場合がある。レーダ装置１０は、水平偏波に対する反射電波から雨滴の水平方向に関する形状を示す情報を取得し、反射電波の強さ（エコー強度）だけでなく、垂直偏波に対する反射電波から雨滴の垂直方向に関する形状を示す情報を取得することができる。レーダ装置１０は、例えば、上記の反射電波から反射因子差や偏波間相関係数、偏波間位相差変化率などの情報を取得することができる。反射因子差は、粒子の縦横比に関するパラメータである。偏波相関係数は、反射電波である、水平偏波と垂直偏波の受信電力（受信信号）の相関係数である。偏波間位相差変化率は、反射電波である、水平偏波の位相と垂直偏波の位相との位相差に関するパラメータである。

また、二種類の電波が、扁平の形状等の粒子を通過すると、これらの電波の位相には差が生じる。レーダ装置１０は、このような水平偏波と垂直偏波とのそれぞれについてレーダ装置１０と粒子との間で往復する際の位相の差である偏波間位相差を取得することができる。偏波間位相差変化率は、この偏波間位相差の距離方向の変化量ないしは微分量である。

図３は、処理装置２０および表示情報生成装置５０の構成を示す図である。処理装置２０は、例えば、取得部２２と、処理部２４と、選択部２６と、導出部２８と、補間部３０と、情報送信部３２と、記憶部４０を備える。取得部２２、処理部２４、選択部２６、導出部２８、補間部３０および情報送信部３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現されてよい。また、これらの機能部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェアによって実現されてもよいし、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。また、上記のプログラムは、予め記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体が処理装置２０のドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。記憶部４０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等の記憶装置により実現される。

取得部２２は、レーダ装置１０から観測情報を取得する。取得した観測情報は、記憶部４０に記憶される。なお、処理装置２０は、レーダ装置１０と一体で形成されていてもよい。この場合、取得部２２は、装置内の通信バス等を利用して、情報蓄積部１８から観測情報を取得する。

処理部２４は、取得部２２により取得された観測情報に基づいて、降水粒子を判別する処理を行ったり、品質情報を取得したりする。なお、処理部２４の処理結果と同等の情報は、取得部２２により他装置から取得されてもよい。処理部２４、および後述する機能部（選択部２６、導出部２８）の処理の詳細については後述する。

選択部２６は、取得部２２により取得された情報に基づいて、水平方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する。

導出部２８は、選択部２６により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて雨量情報を導出する。補間部３０は、分割領域群において選択部２６により対象分割領域が選択されなかった分割領域群にについて対象分割領域を補間する。情報送信部３２は、処理装置２０の処理結果を表示情報生成装置５０に送信する。

表示情報生成装置５０は、表示情報生成部５２と、表示情報送信部５４とを備える。表示情報生成部５２は、情報送信部３２から送信された処理結果に基づいて、処理結果を含む情報を端末装置６０の表示部に表示させるための表示情報（画像情報）を生成する。表示情報送信部５４は、表示情報生成部５２により生成された表示情報を端末装置６０に送信する。

［地上降水強度を導出する処理］
図４は、処理装置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。まず、取得部２２が、レーダ装置１０の情報蓄積部１８に蓄積された１周期分の観測情報Ｄを取得したか否かを判定する（ステップＳ１００）。

観測情報Ｄは、メッシュ（後述）および観測周期ごとにレーダ装置１０により取得されたエコー強度を示す情報である。なお、観測情報Ｄは、エコー強度を示す情報に限らず、粒子の種別や粒子の形状、粒子の存在の有無等を判断することができる情報であればよい。

図５は、観測情報Ｄを説明するための図である。以下、必要に応じてＸＹＺ座標を用いて説明する。観測情報Ｄは、レーダ装置１０のアンテナ１２が水平方向に駆動して、駆動の始点から終点における間に取得された情報である。始点から終点における間に取得された観測情報Ｄは、１周期で取得された観測情報である。メッシュＭとは、レーダ装置１０からの距離方向（Ｙ方向）、方位方向（Ｘ方向）、および高度方向（Ｚ方向）に対して、それぞれ所定幅で分割された分割領域である。図示する例では、レーダ装置１０から十分に遠い位置の観測情報ＤであるためメッシュＭは立方体で近似される。また、水平方向（距離方向および方位方向）が同じであり、高度方向（鉛直方向）のみが異なるメッシュＭの集合を、「メッシュブロックＭＢ」と称する。メッシュブロックＭＢは、「水平方向の位置が共通する分割領域群」の一例である。

図４の説明に戻る。１周期分の観測情報Ｄを取得した場合（または所定の領域の観測情報Ｄを取得した場合）、処理部２４が、降水粒子を判別する処理を行う（ステップＳ１０２）。この判別において、メッシュＭに降水粒子（例えば、あられ、雹、氷晶、乾雪、湿雪、雨）が存在するか、非降水エコー（グランドクラッタ）が存在するかが判別され、判別結果は三次元のメッシュ毎に分類される。

処理部２４は、公知の手法を用いて降水粒子を判別する処理を行う。処理部２４は、予め設定されたメンバーシップ関数をファジー理論に適用して、降水粒子の判別を行う。メンバーシップ関数とは、集合Ｘの要素ｘがファジー理論を適用する集合Ａに対してどの程度属しているかを示す度合を出力する関数である。集合Ａは、ある集合Ｘの要素ｘが曖昧性を含んだ状態で集合Ａに属することを表現した集合で、メンバーシップ関数によって特徴付けられた集合である。

例えば、メンバーシップ関数は、集合Ａに属している度合が高いほど「１」に近い値を出力し、集合Ａに属している度合が低いほど「０」に近い値を出力する関数である。例えば、処理部２４は、降水粒子の判別において、地上の観測情報や高層の観測情報、もしくはモデル情報から得られる気温や湿度の情報を観測対象の観測メッシュに対して対応付ける。この地上の観測情報や高層の観測情報、もしくは気温や湿度の情報は、観測メッシュに対して一様に対応付けられてもよいし、観測メッシュごとに異なる値が対応付けられてもよい。そして、処理部２４は、観測メッシュに対応付けられた情報、およびファジー理論を用いて、メッシュに含まれる降水粒子を判別する。なお、本フローチャートでは、判別結果の如何に問わず、次のステップへ進む。

次に、処理部２４は、メッシュＭごとに各種品質情報を取得する（ステップＳ１０４）。品質情報は、例えば、ＱＩＡ（Quality Index Algorithm）、ＳＮＲ（Signal Noise Ratio）、ＣＳＲ（Clutter Signal Ratio）などの指標である。ＱＩＡは、非特許文献１であるPark et al. (2009)に詳細な算出手法が示されており、観測される偏波パラメータのデータ品質を測る指標として用いることができる。ＱＩＡは、自身の観測データから偏波パラメータデータの品質を推定することができる指標であるため、１台のレーダ装置から取得した情報で処理が完結するシステムにおいて、ＱＩＡを用いることが有効である。このデータ品質には、レーダのキャリブレーションミス、電波減衰、ＮＢＦ（Nonuniform Beam Filling）、ビームの部分遮蔽（Partial Beam Blockage）、散乱断面積中の偏波間相関係数のばらつき、受信ノイズの影響が考慮されている。対象となる偏波パラメータは、反射強度Ｚ、反射因子差ＺＤＲ、偏波間相関係数ρｈｖ、偏波間位相差変化率ＫＤＰである。また、入力されるパラメータ（観測データ）は、水平反射強度、レーダ反射因子差、偏波間位相差、偏波間相関係数であり、ＳＮＲ（Signal Noise Ratio）は直接の入力とされてもよいし、他の入力パラメータから算出されてもよい。反射強度Ｚに対して算出されるＱＩＡをＱＩＡＺ、反射因子差ＺＤＲに対して算出されるＱＩＡをＱＩＡＺＤＲ、偏波間相関係数ρｈｖに対して算出されるＱＩＡをＱＩＡρｈｖ、偏波間位相差変化率ＫＤＰに対して算出されるＱＩＡをＱＩＡＫＤＰとする。これらの値が小さいほど、対象の偏波パラメータの品質が優れていないことを表す。

「ＳＮＲ」は、レーダ装置１０が受信した受信電力からノイズレベルを減算することで得られる指標である。「ＳＮＲ」の値が小さいほど、情報の品質が優れていない（受信電力に含まれるノイズのレベルが高い）ことを示す。

「ＣＳＲ」は、クラッター（測定対象外の物体）に対応する反射電波の影響を処理する前後の受信電力の情報をもとに得られる。影響とは、実施形態の処理結果に対する影響である。「ＣＳＲ」の値が大きいほど、情報の品質が優れていない（メッシュＭに対するクラッターの影響が大きい）ことを示す。

次に、選択部２６が、メッシュブロックＭＢのうちで、地上雨量情報として適用するメッシュ（地上メッシュ）を選択する（ステップＳ１０６）。選択部２６は、ステップＳ１０２およびＳ１０４の処理で得られた降水粒子の判別結果と品質情報、および受信電力を入力として、地上降水強度の導出に用いる地上メッシュを選択する。この処理については、後述する（図６参照）。

次に、導出部２８が、ステップＳ１０６で選択された地上メッシュにおいて地上降水強度を算出するのに用いる算出手法の選択を行う（ステップＳ１０８）。次に、導出部２８が、ステップＳ１０８で選択された地上降水強度の導出方法に従って、地上メッシュにおける地上降水強度を導出する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１０８およびＳ１１０の処理については、後述する（図６、図８参照）。

次に、導出部２８が、導出したメッシュ解析情報（ステップＳ１１０の処理結果）を出力する（ステップＳ１１２）。導出部２８は、例えば、メッシュ解析情報を、情報送信部３２に出力したり、記憶部４０に記憶させたりする。

次に、補間部３０が、すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されたか否かを判定する（ステップＳ１１４）。すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されていない場合（地上メッシュとして選択されたメッシュが無いメッシュブロックＭＢが存在する場合）、欠測点が存在するため、補間部３０が、欠測点について補間する処理を行う。例えば、補間部３０は、欠測点について３次元内挿処理を行う（ステップＳ１１６）。

例えば、欠測点のメッシュブロックＭＢの周囲に地上降水強度が算出されており、欠測点が孤立している場合は、補間部３０は、連続的な分布を得ることができるために欠測点について地上降水強度を補間することができる。補間は、三次元的に欠測点のメッシュブロックＭＢの周囲のメッシュを検索し、（実質ＸＹの２次元的な検索でも良い）、検索したメッシュに地上降水強度が算出されている地上メッシュが閾値以上存在する場合に補間が行われる。補間方法は、外挿手法、最近傍法、線形内挿法、クレスマン内挿法などの手法が用いられてもよい。

すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されている場合、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。ただし、補間部３０での処理を行っても欠測点が存在する場合は、すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されたとして、処理を終了してよい。

［地上メッシュを選択する処理］
図６は、選択部２６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。メッシュブロックＭＢごとに行われる処理である。まず、選択部２６が、検査対象のメッシュブロックＭＢの品質情報およびメッシュＭに関する情報を取得する（ステップＳ２００）。メッシュに関する情報は、メッシュＭの位置に関する情報や、メッシュの観測情報Ｄである。本処理では、メッシュブロックＭＢの最下層のメッシュが選択され、このメッシュから順に処理が開始される。以下、処理対象のメッシュＭを「対象メッシュ」と称する。

次に、選択部２６は、対象メッシュが許容高度以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。「地上降水」として許容する高度に対して、対象メッシュの高度が下層に位置しているかをチェックする。これを満たさない場合（対象メッシュが許容高度以下でない場合）は、地上メッシュに相当するメッシュＭが無（欠測）と判定される。そして、次の処理対象のメッシュブロックＭＢが選択され、本フローチャートの処理が行われる。ステップＳ２０４以下の処理では、入力された各情報値（図３のステップＳ１０２およびＳ１０４で取得された情報など）を用いて処理を行う。

対象メッシュが許容高度以下である場合、選択部２６は、レーダ装置１０が受信した反射電波のレーダ受信強度Ｐｒが閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

レーダ受信強度Ｐｒが閾値以上である場合、選択部２６は、粒子判別の結果において粒子が降水粒子であると判定されたか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

粒子判別の結果において粒子が降水粒子であると判定された場合、選択部２６は、「ＳＮＲ」が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。

「ＳＮＲ」が閾値以上である場合、選択部２６は、「ＣＳＲ」が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

「ＣＳＲ」が閾値以下である場合、選択部２６は、「ＱＩＡ」が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。

「ＱＩＡ」が閾値以上である場合、選択部２６は、対象メッシュを地上メッシュとして選択する（ステップＳ２１４）。ステップＳ２１２における「ＱＩＡ」は、反射強度Ｚに対して算出される「ＱＩＡＺ」、反射因子差ＺＤＲに対して算出される「ＱＩＡＺＤＲ」、偏波間相関係数ρｈｖに対して算出される「ＱＩＡρｈｖ」、偏波間位相差変化率ＫＤＰに対して算出される「ＱＩＡＫＤＰ」のうち、一以上の「ＱＩＡ」であればよい。複数の「ＱＩＡ」が処理に用いられる場合、「ＱＩＡ」ごとに閾値が設定され、その閾値と閾値に対応するＱＩＡとが比較される。

ステップＳ２０４～Ｓ２１２の処理において、否定的な判定が行われた場合、選択部２６は、次の対象メッシュを選択して、上記の処理を繰り返す。これにより本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。

なお、上述した処理の順序は適宜変更されてもよいが、ステップＳ２０２の処理が、ステップＳ２０４～Ｓ２１２の処理の処理に優先して行われることで、処理負荷が軽減されたり、処理の効率が向上したりする。なぜなら、レーダ受信強度Ｐｒが閾値以上でない情報は、そもそも情報として用いることがふさわしくない情報であるためである。

図６に示した例では全ての条件について「ＡＮＤ」が成立する場合に検査合格（地上メッシュとして選択する）としているが、検査合格の条件はこの限りではない。途中で検査に不合格となった場合は、検査対象のメッシュ（対象メッシュ）の直上のメッシュＭの検査を行う。これを繰り返すことで、鉛直方向の１つのメッシュブロックＭＢに対して、地上メッシュもしくは欠測が規定される。さらに、これを水平方向に展開することでレーダ装置１０の観測領域内の二次元平面上に地上メッシュが規定される。

図７は、地上メッシュが選択される様子の一例を示す図である。例えば、図７のマイナスＸ方向のメッシュブロックＭＢ１から処理が実行されたものとする。例えば、メッシュブロックＭＢ１においては「〇」が付与されたメッシュが地上メッシュとして選択され、メッシュブロックＭＢ２においては地上メッシュブロックが存在しない不測と判定され、・・・メッシュブロックＭＢ１０においては「〇」が付与されたメッシュが地上メッシュとして選択される。

［算出手法を決定する処理］
図８は、導出部２８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。本フローチャートの処理において決定された地上降水強度の算出手法の具体例については後述する。

まず、導出部２８が、地上メッシュが融解層の下端高度以下であるか否かを判定する（ステップＳ３００）。ここでは、地上観測情報や高層観測情報、もしくはモデル情報から得られる気温や湿度の情報から導出された融解層の高度（上端、下端）が用いられる。処理装置２０が融解層の高度を導出してもよいし、他の装置から取得してもよい。また、処理装置２０が、レーダ装置１０から取得した観測情報に基づいて、融解層の高度を導出してもよい。

地上メッシュが融解層の下端高度以下であると判定された場合、導出部２８は、降水粒子の判別結果が雨であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。降水粒子の判別結果が雨である場合、導出部２８は、反射強度Ｚおよび偏波間位相差変化率ＫＤＰが、それぞれに規定された閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。なお、導出部２８は、閾値以上であるか否かの判定に代えて、比較対象（反射強度Ｚおよび偏波間位相差変化率ＫＤＰ）が、それぞれに規定された所定の範囲に含まれるか否か判定してもよい。

反射強度Ｚまたは偏波間位相差変化率ＫＤＰが閾値以上である場合、導出部２８は、降雨域１の導出手法を採用することを決定する（ステップＳ３０６）。降雨域１は、比較的に降水量が多いと予測される領域である。

反射強度Ｚまたは偏波間位相差変化率ＫＤＰが閾値以上でない場合、導出部２８は、降雨域２の導出手法を採用することを決定する（ステップＳ３０８）。降雨域２は、比較的に降水量が少ないと予測される領域である。

このように、ステップＳ３０２～Ｓ３０８においてレーダ装置１０から取得したリアルタイムの観測情報に基づいて導出された降水粒子の判別結果が雨であると判定された場合、導出部２８は、降雨域の算出方法を選択する。さらに降雨域では、反射強度Ｚと偏波間位相差変化率ＫＤＰの閾値によって、降雨域１と降雨域２に分割される。

ステップＳ３００において融解層の下端高度より低高度であると判定された場合（融解層の下端高度以下であると判定された場合）は、地上降水は雨であることが期待されるが、ステップＳ３０２の処理で、降水粒子の判別結果が雨でない場合（つまり、固相の粒子が判別された場合）、導出部２８は、降雪域の導出手法を採用することを決定し、ステップＳ３１２の処理に進む。

ステップＳ３００の処理で地上メッシュが融解層の下端高度以下でないと判定された場合、導出部２８は、地上メッシュが融解層の上端高度以下であるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。地上メッシュが融解層の上端高度以下である場合、導出部２８は、融解層域の導出手法を採用することを決定する（ステップＳ３１４）。

地上メッシュが融解層の上端高度以下でない場合、導出部２８は、降雪域の導出手法を採用することを決定する（ステップＳ３１２）。これにより、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。

［降水強度の算出手法の具体例］
（降雨域１）
降雨域１では、例えば以下の式（１）によって地上降水強度Ｒｒが算出される。
「Ｚ」は反射強度、「Ｂ」は第１のパラメータ、「β」は第２のパラメータである。
Ｚ＝Ｂ×Ｒｒ^β・・・（１）

（降雨域２）
降雨域２では、例えば以下の式（２）によって地上降水強度Ｒが算出される。
「α」は第３のパラメータであり、「ｂ」は第４のパラメータであり、「ｆ」はレーダ装置１０の電波の送信周波数である。「ＫＤＰ」は偏波間位相差変化率である。
Ｒ＝α×（ＫＤＰ／ｆ）^ｂ・・・（２）

（降雪域）
降雪域では、例えば以下の式（３）によって地上降水強度Ｒｓが算出される。「Ｂｓ」は第５のパラメータであり、「βｓ」は第６のパラメータである。
Ｚ＝Ｂ_ｓ×Ｒｓ^βｓ・・・（３）

（融解層域）
融解層域では、融解層の上端の直下および融解層の下端の直上（２次元平面状で見ると、下端の直前、上端の直後）の地上メッシュで算出された値を用いて地上降水強度が求められる。求め方は、例えば以下に示すような重み付け平均法を用いた式（４）でもよいし、線形的な内挿手法などを用いた手法であってもよい。ここで、「ｍ」は算出対象の地上メッシュにおける融解層上端からの距離であり、「ｎ」は算出対象の地上メッシュにおける融解層下端からの距離を示している。
Ｒｍ＝（ｍ／ｍ＋ｎ）^＊Ｒｒ＋（ｎ／ｍ＋ｎ）^＊Ｒｓ・・・（４）

上述したように、処理装置２０は、選択した地上メッシュに対して、その地上メッシュに適した地上降水強度の算出手法を用いて、地上降水強度を算出する。図９は、メッシュブロックＭＢ（地上メッシュ）ごとに設定された地上降水強度の算出手法の概念図である。図９に示すように、地上降水強度の算出手法はメッシュブロックＭＢごとに設定される。そして、メッシュブロックＭＢごとに算出した地上降水強度に基づいて、端末装置６０に提供する情報を生成する。

表示情報生成装置５０の表示情報生成部５２は、レーダ装置１０の観測範囲内の地上降水強度の二次元分布に対して、エンドユーザに適した情報を生成する。「エンドユーザに適した情報」とは、例えば領域内での空間積算雨量、規定時間で積算した時間雨量、ある地点や領域に流入する流入雨量（川やマンホールにどれだけ流入するか）、土壌への影響を示す実効雨量などである。また、処理装置２０は、情報量削減のため、この時点で後段へ流れる情報量を制限してもよい。

また、表示情報生成部５２は、メッシュブロックＭＢごとに導出された地上降水強度を用いて、ユーザに提供する雨量情報を生成する。また、表示情報生成部５２は、たとえば、局地的な領域の地上降水強度が、設定された閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上であると判定した場合、閾値を超えたことを示すアラートを示す情報を生成する。このアラートを示す情報は、雨量情報の一例である。また、局地的な地上降水強度を示す情報そのものが、画像情報としてされてもよい。

また、表示情報生成部５２は、数値気象予測モデルの出力結果や地上気象観測情報、リモートセンシング気象測器情報、土地利用情報、地形情報、河川流域情報、地質情報、路線情報、交通情報などを取得し、これらの情報と局地的な領域の地上降水強度を複合して、雨量情報を生成してもよい。例えば、表示情報生成部５２は、交通機関に影響が生じることを示す情報や、地盤が弱い地域において危険が生じる可能性を示す情報、河川が増水することを示す情報等を生成する。

図１０は、端末装置６０の表示部に表示される画像ＩＭの一例を示す図である。例えば、図１０に示すように、画像ＩＭには、雨の強さを示す情報や、河川が増水する恐れがあることを警告することを示す情報が含まれる。ユーザは、画像ＩＭを参照することにより、雨の分布や、雨によって生じる危険を認識することができる。

［まとめ］
本実施形態の処理装置２０によれば、二重偏波フェーズドアレイ気象レーダから得られる高頻度で隙間無く観測された情報を用いることで、およそ３０秒周期で、時空間的に連続した観測情報から地上降水強度の分布や時間変化を高頻度かつ高確度に解析し、ユーザに対して高頻度で雨量情報を提供することが可能となる。さらに、観測情報としての局地的な地上降水強度と、土地情報や路線情報、交通情報を組み合わせて雨量情報を生成することで、人的および経済的な大雪によるリスクを、高精度かつ迅速にユーザに的確な形で通知、提供することが出来るようになる。具体的には、一般向けのアプリケーションソフトやＳＮＳなどを通して情報を提供することで、一般市民への注意喚起、避難喚起の一助となることが期待される。また、地方公共団体、道路管理者、鉄道運行管理者、バス運行管理者等の突発的な豪雨発生時の対応迅速化に対して有効に寄与することが期待される。

［比較］
ここで、気象レーダによって観測された情報から、地上降水強度の２次元分布を求める場合、複数のレーダ装置によって観測された情報を用いて、それらを組み合わせることで最適な地上降水強度分布を求めている場合がある。しかしながら、地理的な理由（複数のレーダ装置を設置することができない地理的な環境）、経済的な理由（複数のレーダ装置をネットワーク配置することが困難な状況）においては、地上降水強度を単一のレーダ装置で精度良く解析することが必要であるが、いまだこれを実現する方式が確立されているとは言いがたい。

例えば、パラボラ型の気象レーダ装置１台で地上降水強度分布を求める場合、空間的に疎に観測された仰角毎の情報と、標高情報や予め用意されたマップに基づいて、各々の領域に「地上降水強度」として適用する仰角情報を定義し、それを地上降水強度分布としていた。

しかしながら、パラボラ型レーダ装置におけるこの手法では、空間的に疎な情報が入力されるため、地上から高度方向に離れた情報も地上降水強度として扱われることとなり、その精度に課題がある。

また、標高情報やマップなどが静的に扱われる場合、本来もっとも地上に近いメッシュの情報で、かつ品質が良い情報が適用されない場合が発生してしまう。急激な気象現象を捉えるのには高時間分解能な情報が必要である。上記手法では３次元情報が必要であり、パラボラ型の気象レーダでは、一般的に５分～１０分かけて３次元情報を取得するため、地上降水強度をリアルタイムに提供することは困難である場合がある。

災害をもたらし、また経済的に損失を発生させる大雨は、短時間かつ局所的に発生することが多く、気象レーダで得られる２次元空間的に密な地上降水強度を如何に精度よく、かつ高頻度に解析できるかがが重要である。しかし、上記に述べた理由から、特に単一の気象レーダ情報を用いて、精度良くかつ高時間分解能で地上降水強度情報を提供することは困難であるという問題がある。

また、単偏波気象レーダ装置で得られる情報では、降雨減衰によって強雨域の背後の降雨強度分布が観測できない場合がある。更に、取得できる品質情報（粒子判別等も含む）が限られるため、これらの品質情報を用いた適用情報の最適化に困難があった。

これに対して、本実施形態では、二重偏波気象レーダを用いて偏波パラメータを含む観測情報が取得可能であり、これを用いて有効な降雨減衰の補正、品質情報の算出が可能である。そして、二重偏波フェーズドアレイ気象レーダで得られる高頻度で隙間無く観測される偏波パラメータ観測情報と、得られた偏波パラメータ観測情報から得られる品質情報を有効に用いることで、単一の気象レーダでの地上降水強度解析手法が向上し、地上降水強度分布を基礎とした時空間的に連続で精度の高い雨量情報を提供することができる。これにより、災害リスクや経済活動の阻害リスクの判断精度の向上が期待できる。

以上説明した実施形態によれば、所定の領域が水平方向および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの観測情報の品質を示す品質情報とを取得する取得部と、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記水平方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する選択部と、選択部により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて雨量情報を導出する導出部とを持つことにより、より精度よく地上雨量に関する情報を導出することができる。

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。

１‥処理システム、１０‥レーダ装置、２０‥処理装置、２２‥取得部、２４‥処理部、２６‥選択部、２８‥導出部、３０‥補間部、３２‥情報送信部、４０‥記憶部、５０‥表示情報生成装置、５２…表示情報生成部、５４…表示情報送信部、６０‥端末装置

Claims (11)

1. 所定の領域が方位方向、距離方向、および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの前記観測情報の品質を示す品質情報とを取得する取得部と、
   前記取得部により取得された情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する選択部と、
   選択部により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する導出部と、
   を備える処理装置。
2. 前記選択部は、前記品質情報の示す数値と閾値との比較に基づいて、前記対象分割領域を選択する、
   請求項１記載の処理装置。
3. 前記品質情報は、反射強度の品質を示す指標と、反射因子差の品質を示す指標と、偏波間相関係数の品質を示す指標と、偏波間位相差変化率の品質を示す指標とのうち、一以上の指標を含む、
   請求項１または２記載の処理装置。
4. 前記品質情報は、更に、前記観測情報を取得したレーダ装置が受信した受信電力と前記受信電力に含まれるノイズとに基づく指標と、前記観測情報からクラッターを示す信号を除外する処理前と処理後との受信電力に基づいて導出された指標と、のうち一方または双方を含む、
   請求項３に記載の処理装置。
5. 前記取得部は、更に、前記観測情報に基づいて導出された前記分割領域ごとの粒子判別の結果を取得し、
   前記選択部は、更に、前記粒子判別の結果に基づいて前記対象分割領域を選択する、
   請求項１から４のうちいずれか１項記載の処理装置。
6. 前記取得部は、更に、前記観測情報を取得したレーダ装置のレーダ受信強度を取得し、
   前記選択部は、前記取得部により取得されたレーダ受信強度に基づいて前記対象分割領域を選択する、
   請求項１から５のうちいずれか１項記載の処理装置。
7. 前記導出部は、融解層の分布と前記選択部により選択された対象分割領域の高度方向の位置との比較に基づいて、前記分割領域群の雨量情報を導出する、
   請求項１から６のうちいずれか１項に記載の処理装置。
8. 前記観測情報は、二重偏波を送受信するレーダ装置により取得された情報である、
   請求項３に記載の処理装置。
9. 前記選択部は、観測対象の観測領域に含まれる複数の前記分割領域群のそれぞれから、前記対象分割領域を選択し、
   前記導出部は、前記選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する、
   請求項１から８のうちいずれか１項に記載の処理装置。
10. コンピュータが、
    所定の領域が方位方向、距離方向、および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの前記観測情報の品質を示す品質情報とを取得し、
    前記取得した情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択し、
    前記選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する、
    処理方法。
11. コンピュータに、
    所定の領域が方位方向、距離方向、および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの前記観測情報の品質を示す品質情報とを取得させ、
    前記取得した情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択させ、
    前記選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出させる、
    プログラム。

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