気象レーダ制御方法

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【発明の名称】	気象レーダ制御方法
【発明者】	【氏名】古田匡
【要約】	【課題】気象状況が急速に変化した場合に、その気象状況の変化を高密度で観測することができる気象レーダの制御方法を実現する。【解決手段】予め定められた気象条件が満たされた場合には、アンテナビームの走査範囲をその気象状況が検出された方位角度の範囲に限定する。その限定された方位角度の範囲でアンテナビームをセクタースキャンさせることにより、全方位の定高度ＰＰＩ走査をすることに比べ、より迅速にその領域のみを観測することができる。従って、積乱雲の急な発達などのように急速に気象状況が変化する場合においても、その変化を高密度で観測することができる気象レーダの制御方法が実現される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】気象レーダアンテナが、全方位方向及び全仰角方向に走査する第１の走査モードで気象状況を観測する気象観測ステップと、この気象観測ステップにより観測された気象状況から予め定められた気象条件を満たす観測領域を抽出する観測領域抽出ステップと、この観測領域抽出ステップにより抽出された観測領域における気象状況を観測するように上記気象レーダアンテナを上記第１の走査モードから上記観測領域の方位方向及び仰角方向に走査する第２の走査モードに変更する走査モード変更ステップとを備えたことを特徴とする気象レーダ制御方法。
【請求項２】前記第１の走査モードは、全方位角度方向を走査する全方位定高度ＰＰＩモードであることを特徴とする請求項１記載の気象レーダ制御方法。
【請求項３】前記第２の走査モードは、所定の方位角度範囲の定高度ＰＰＩモードであることを特徴とする請求項１又は２記載の気象レーダ制御方法。
【請求項４】前記所定の方位角度範囲の定高度ＰＰＩモードは、その所定の方位角度範囲内のセクタスキャンで実現されていることを特徴とする請求項１又は２記載の気象レーダ制御方法。
【請求項５】前記予め定められた条件が、鉛直方向の雨量の積算値が所定のしきい値を上回ることであることを特徴とする請求項１、２、３、４記載の気象レーダ制御方法。
【請求項６】前記予め定められた条件が、雲の頂高度分布範囲が所定のしきい値より広いことであることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の気象レーダ制御方法。
【請求項７】前記予め定められた条件が、ウィンドシアーが検出されたことであることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の気象レーダ制御方法。
【請求項８】前記予め定められた条件が、マイクロバーストが検出されたことであることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の気象レーダ制御方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気象レーダの制御に関する。特に、特定の気象現象が見いだされた場合に、その気象現象を集中的に観測することができるような気象レーダの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】気象レーダは、空中の雲の様子や、降雨状態等を検出することができる装置であり、広く気象観測に用いられている。
【０００３】従来の気象レーダは、全方位及び全仰角の全ての方向について気象観測をするために、所定の規則に基づいて、アンテナビームを全方位及び全仰角に対して走査させている。従来の気象レーダにおけるアンテナの走査の典型的な動作を説明する説明図が図８に示されている。
【０００４】この図に示されているように、レーダのアンテナは、方位角が０度から３６０度まで変化するように水平面内で走査をしながら、１周毎に仰角が低仰角から高仰角まで順次変化していくのである。
【０００５】換言すれば、まず、レーダのアンテナのビーム方向を仰角を０度にしたまま、方位角を０度から３６０度まで変化させるのである。これによって、レーダのアンテナは水平面と平行な面を１周走査することになる。この仰角０度での１周走査の後、アンテナを微少角度だけ上に向け、再び一周走査を行う。すなわち、所定の微少角度の仰角をアンテナに設定し、方位角を０度から３６０度まで変化させるのである。
【０００６】このようにしてアンテナの（ビーム）方向の仰角を順次増加させながら、水平方向に１周走査を行う。最終的に仰角を０度から所望する最大仰角まで順次ステップ状に変化させつつ、所望の全方位方向及び全仰角方向の走査が行われる。これによって所望する全方向に対して電波を発射することができ、所望する全方向の気象観測ができる。
【０００７】例えば、図８においては、アンテナビームは観測仰角ＥＬ１や、観測仰角ＥＬ２、観測仰角ＥＬ３等の各仰角において、水平面内で１周走査を行う。
【０００８】その結果、気象レーダの覆域内においては、気象現象のデータ更新は、全方位及び全仰角に対する観測の周期毎に行われる。換言すれば、かかる観測周期に１回だけデータ更新が行われるのである。
【０００９】気象レーダの走査速度によっても異なるが、例えば、空中線の走査速度を毎分２回転で観測する仰角数が１０仰角であった場合、最低でも５分間は一回の観測に必要である。このことは、ある方向の気象観測は５分ごとにしか行われないことを意味する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の気象観測レーダは、上述のように動作しているので、例えば台風などのように急速に気象状態が変化していくような気象状態の急変が生じた場合には、従来の気象レーダでは、その気象状態の変化を十分に観測できない場合も考えられた。
【００１１】これは、ある方位の気象観測の周期が例えば５分であることに由来するものである。具体的には、気象状態が急激に変化している場合には、上述したような５分ごとの気象観測では、十分に正確な観測が実現できないおそれがあった。
【００１２】このような問題を解決するためには、走査速度を大きく、あるいは観測する仰角数を少なく変更することで観測時間を短縮することが考えられる。但し、これは、観測の空間分解能を低下させることになる。
【００１３】本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、その目的は、急激な気象の変化があった場合にその変化を十分に観測することができる気象レーダの制御方法を提供することである。そして、このような制御方法を実現することによって、積乱雲の急な接近や、台風などによる強雨域の接近等、注目するべき領域を集中して観測し、防災等に寄与することを本発明は目的とするのである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、気象レーダアンテナが、全方位方向及び全仰角方向に走査する第１の走査モードで気象状況を観測する気象観測ステップと、この気象観測ステップにより観測された気象状況から予め定められた気象条件を満たす観測領域を抽出する観測領域抽出ステップと、この観測領域抽出ステップにより抽出された観測領域における気象状況を観測するように上記気象レーダアンテナを上記第１の走査モードから上記観測領域の方位方向及び仰角方向に走査する第２の走査モードに変更する走査モード変更ステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】本発明は、前記第１の走査モードは、全方位角度方向を走査する全方位定高度ＰＰＩモードであることを特徴とするものである。
【００１６】本発明は、前記第２の走査モードは、所定の方位角度範囲の定高度ＰＰＩモードであることを特徴とするものである。
【００１７】本発明は、前記所定の方位角度範囲の定高度ＰＰＩモードは、その所定の方位角度範囲内のセクタスキャンで実現されていることを特徴とするものである。
【００１８】また、本発明は、前記予め定められた条件が、鉛直方向の雨量の積算値が所定のしきい値を上回ることであることを特徴とするものである。
【００１９】また、本発明は、前記予め定められた条件が、雲の頂高度分布範囲が所定のしきい値より広いことであることを特徴とするものである。
【００２０】また、前記予め定められた条件が、ウィンドシアーが検出されたことであることを特徴とするものである。
【００２１】また、前記予め定められた条件が、マイクロバーストが検出されたことであることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】実施の形態１．本実施の形態１は、気象レーダを以下のように制御する方法を開示する。
【００２４】（１）まず、気象レーダのアンテナを図８に示されるように走査させる。すなわち、アンテナに全方位及び全仰角を走査させる。このような走査自体は、従来から行われてきた。
【００２５】（２）次に、上記走査による気象観測によって、天空のある領域の気象現象が予め設定された条件を満足する場合には、その条件を満たした前記領域を含む範囲の走査のみが行われる。
【００２６】このように、本実施の形態において特徴的なことは、天空面の全領域の走査を行う走査モード（以下、本文では第１の走査モードと呼ぶ）を実行している状態において、ある条件が成立した場合には、走査モードを天空面の一部の領域を走査する走査モード（以下、本文では第２の走査モードと呼ぶ）に変更したことである。
【００２７】この第１の走査モードとは、例えば、従来から行われてきた走査モードであり、定高度ＰＰＩ観測に用いられるように、水平方向でレーダのアンテナを１周回転させ、この１周回転する度にアンテナの仰角を低仰角から高仰角へと変化させる走査モードである。
【００２８】また、第２の走査モードとは、例えば、上記予め設定された条件を満足する領域を含む方位角の範囲で、部分的な多仰角観測を行うことが好ましい。これは結果的にその方位角の範囲におけるセクタスキャンとなる。
【００２９】この第１の走査モードと、第２の走査モード（特にセクタスキャン）との間の関係を表す説明図が図１に示されている。
【００３０】この図に示されているように、第１の走査モードとは、全方位方向及び全仰角方向を全て走査するいわゆる全周観測を行うモードである。そして、この第１の走査モードで観測が行われている場合に、予め設定された条件を満たすような気象現象が観測された時は、その条件を判定する領域の大きさを含むような方位角の範囲（すなわちそのような部分的な方位角の範囲）における走査が行われる。このような部分的な走査を行うモードが、第２の走査モードである。なお、この第２の走査モードにおいても、水平方向の走査を行う度毎に仰角を少しずつ変化させることは、第１の走査モードと同様である。すなわち、仰角を０度から９０度まで変化させることによって、全方位方向及び全仰角方向の中で、その部分的な方位角の範囲が全て走査されるのである。
【００３１】このように、本実施の形態によれば、第２の走査モードにおいては、ある条件が成立している領域を含むような範囲でセクタスキャンが行われるので、局所的な気象現象のデータ更新周期を通常の全周観測よりも短くすることができる。これは、その局所的な気象現象のデータを時間的により密に観測することになるので、台風などが接近する場合の気象現象を正確に把握することができ、防災等に寄与するところが大である。
【００３２】次に、本実施の形態にかかる気象レーダの制御方法を実現する気象レーダの構成について説明する。図２には、このような気象レーダの構成を表すブロック図が示されている。
【００３３】この図に示されているように、本実施の形態にかかる気象レーダは、アンテナ１０を備えており、送信装置１４を介してアンテナビームを発する。ターゲットから反射されてきたアンテナビームの反射波はアンテナ１０を介して受信装置１６において受信される。受信された信号は、受信装置１６から受信信号の強度を表す電圧信号に変換され、この変換された信号が信号処理装置１８に供給される。信号処理装置１８は、電圧信号である受信信号を意味のある信号に変換する。具体的には、受信信号の電圧をその雲における雨量などの値を表す電圧に変換するのである。さらに、この信号処理装置１８は、空中線制御装置１２からのアンテナビームの角度信号などを受信し、反射波が戻ってきた方角の検知処理等を実行する。
【００３４】簡単に言えば、空中線（アンテナ１０）は、空中へ電波を、送信波として放射する。空中線制御装置１２は、空中線（アンテナ１０）を所望の方向へ向ける、あるいは所望の回転速度で回転させる。送信装置１４は、送信波のための高電力を、空中線（アンテナ１０）へ供給する。受信装置１６は、ターゲットからの反射波を、受信する。信号処理装置１８は、受信装置１６から、ターゲットからの（電波の）反射強度データを、算出する。ドップラーレーダの場合、ターゲットからの反射波と送信波との位相差を利用してドップラー速度データ、スペクトル幅データを算出する。
【００３５】データ処理装置２０は、信号処理装置１８が処理した信号を表示装置２２に表示し得る形式に変換する。この変換の処理においては、具体的には表示装置２２における拡大・縮小率や、表示のための色の濃さなどの設定処理が実行される。
【００３６】簡単に言えば、データ処理装置２０は、信号処理装置１８からのデータを解析し、利用者に有効な形に、加工する。（データ）表示装置２２は、データ処理装置２０で作成された解析結果をＣＲＴモニタ等に、表示する。
【００３７】本実施の形態において特徴的なことは、このデータ処理装置２０が、予め設定された条件を判定し、この条件が満たされる場合には、システム制御装置２４を介して、空中線制御装置１２に対し、空中線の走査に必要な角度情報や走査モードを出力していることである。
【００３８】このシステム制御装置２４は、システム監視制御装置とも呼び、簡単に言えば、これは、レーダシステム全体の監視の制御を行う。
【００３９】このシステム制御装置２４は、言うなれば、本気象レーダの動作を監視している監視装置であり、データ処理装置２０が出力する走査モード信号を受信し、現在の走査モードがどのような値に設定されているかを常に監視している。システム制御装置２４は、供給されてきた走査モードなどに基づいて空中線の制御を行うために、所定の指令を空中線制御装置１２に送信する。このような気象レーダの制御の様子を表すフローチャートが図３に示されている。
【００４０】まず、ステップＳ３－１においては観測データの収集が行われる。このステップにおいては、上記第１の走査モードによって、アンテナビームが全方位方向及び全仰角方向を走査し、全方位方向及び全仰角方向の全方位の観測データの収集が行われる。
【００４１】次に、ステップＳ３－２においては、観測データの解析が行われる。この解析は、受信した観測データに基づき空中の雨量などの具体的な気象データの算出が行われる。
【００４２】ステップＳ３－３においては、上記ステップＳ３－２において求めた気象データに基づき、予め設定された条件が満されているか否かの検査が行われる。この条件は、具体的には図３に示されているようにモード変更条件であり、本ステップにおいてはこのモード変更条件が満たされているかどうか検査が行われる。このステップにおいて、条件が満たされている場合には、ステップＳ３－４に処理が移行し、走査モードの変更が行われる。条件が満たされていない場合には再びステップＳ３－１に処理が移行し、観測データの収集が繰り返し行われる。
【００４３】さて、ステップＳ３－４においては、方位角が０度から３６０度までのフルスキャン観測を行う第１走査モードから、部分的な方位角の範囲についてのみ走査を行う第２の走査モードへの変更が行われる。
【００４４】この第２の走査モードにおいては、上述したようにいわゆるセクタスキャンが行われ、部分的な方位角の範囲についてのみ走査が行われる。この方位角の具体的な範囲は、次のステップＳ３－５において走査範囲として設定される。
【００４５】ステップＳ３－４における走査モードの変更処理は、具体的にはデータ処理装置２０がシステム制御装置２４に対して出力しているモード信号の値を変更することによって行われる。そして、このシステム制御装置２４が空中線制御装置１２を制御することによりアンテナの走査モードの設定を行っている。
【００４６】さて、上述したように、次にステップＳ３－５においては、観測範囲の設定が行われる。この観測範囲は、具体的には方位角度の範囲を表す。この方位角度の範囲は、上記システム制御装置２４が空中線制御装置にその方位角の範囲を指示することにより行う。
【００４７】以上述べたように、本実施の形態によれば、予め定められた気象条件が満たされている場合に、アンテナの走査モードの変更を行い、その所定の条件が満たされている部分の方角に対して走査を集中させた。従って、迅速に気象観測を行いたい範囲について走査を集中させることができ、急激な気象状況の変化にも十分追従することができ、精密な気象データを得ることができる気象観測を実現することができる。
【００４８】さて、本発明に係る気象レーダの制御方法を、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】まず、ステップＳ４－１は、気象観測ステップであり、気象観測を行う。この気象観測は、気象レーダアンテナを全方位方向及び全仰角方向で走査して行う。そして、この際の走査モードは上述した第１の走査モードである。
【００５０】次に、ステップＳ４－２は、観測領域抽出ステップである。この観測領域抽出ステップは、上記気象観測ステップにおいて観測された気象状況に基づいて、予め定められた気象条件を満たす観測領域を抽出する。この抽出した観測領域に観測動作を集中させて、迅速な気象観測を行おうとするものである。
【００５１】次に、ステップＳ４－３は、走査モード変更ステップである。この走査モード変更ステップは、走査モードの変更を行う。すなわち、上記第１の走査モードから第２の走査モードに変更するのである。具体的な変更動作については上で述べた通りであり、この第２の走査モードによって、気象観測を上記抽出された観測領域に集中させることができる。また、この第２の走査モードは上述したように、例えばセクタスキャンなどが好ましい。
【００５２】実施の形態２．上記実施の形態１においては、定高度ＰＰＩ（ＰｌａｎｅＰｏｓｉｔｉｏｎＩｎｄｉｃａｔｏｒ（特に定高度ＰＰＩはＣＡＰＰＩ（ＣｏｎｓｔａｎｔＡｌｔｉｔｕｄｅＰｌａｎｅＰｏｓｉｔｉｏｎＩｎｄｉｃａｔｏｒ）と呼ぶ））走査を行い、ある領域において予め定められた所定の条件が満たされている場合に、その所定の領域を含むセクタースキャン（第２の走査モード）に移行した。従って、気象状況が急激に変化した場合にも、走査モードを変更することにより所望の領域に観測を集中させることができる。その結果、急激な気象の変化にも対応し、正確な気象データを観測することができる気象レーダの制御方法が得られた。
【００５３】本実施の形態２においては、その予め設定された条件として、観測範囲内の領域での雨量の鉛直方向積算値（ＶｅｒｔｉｃａｌＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＬｉｑｕｉｄ（以下、ＶＩＬと言う））が、予め設定された面積以上の範囲において、所定のしきい値を越えたことを採用することについて提案する。このように、ＶＩＬが所定のしきい値を越えている部分の面積が、ある設定された面積以上の場合に、その検出した領域を含む方位角の範囲でアンテナビームを走査し、強雨の接近を集中的に観測することができる。
【００５４】図５には、ＶＩＬの値が予め設定された面積以上の範囲で所定のしきい値を越えている状況の説明図が示されている。この図に示されているように、観測データに基づいて、鉛直方向積算によるＶＩＬを本実施の形態２においては求めている。このＶＩＬの積算は図２におけるデータ処理装置２０が行う。また、このＶＩＬの計算は図３におけるフローチャートのステップＳ３－２において観測データの解析として行われる。
【００５５】以上述べたように、本実施の形態２においてはＶＩＬが予め設定された面積以上の範囲で、所定のしきい値を越えていることを、モード変更のための条件とした。そのため、強雨の接近を集中的に観測することができる気象レーダの制御方法が得られる。
【００５６】実施の形態３．本実施の形態３においては、上記実施の形態１における予め定められた条件として、気象エコーの頂高度が予め設定された面積以上の範囲で、モード変更のための所定のしきい値を越えていることを採用する。この実施の形態３で採用している気象の条件の説明図が図６に示されている。この図に示されているように、気象エコーが得られた領域の中で極大の値を取る部分は、その気象エコーの「頂」と呼ぶ。そして、この頂の高度を頂高度と呼ぶ。本実施の形態３においては、この頂高度が予め設定された面積以上の範囲で、所定のしきい値を越えていることを、上記実施の形態１における条件として採用しているのである。この頂高度の分布は雷の発生を伴う積乱雲の発生を表すものであり、このような条件を採用することにより積乱雲の集中的な観測を行うことができる。
【００５７】このように、本実施の形態３によれば、雲の頂高度分布により定高度ＰＰＩ走査からセクタスキャンに移行するため、積乱雲の接近を集中的に観測することができる。その結果、落雷等による災害の予防に寄与する気象データの観測を効率良く行うことができる。
【００５８】実施の形態４．上記実施の形態１における予め定められた条件として、本実施の形態４においてはウィンドシヤーを検出したことの採用について提案する。この実施の形態４に係るウィンドシヤーの検出の説明図が図７に示されている。
【００５９】この図に示されているように、観測範囲内の領域で観測される風速及び気象エコー強度に基づいて、ウィンドシヤーなどの局所的な気象現象の検出を行うことができる。このウィンドシヤーを検出した領域を含む方位角の範囲に限定してアンテナビームをセクタースキャンさせることによって、このウィンドシヤーの接近を集中的に観測することができる。
【００６０】本実施の形態４においては、風速や気象エコー強度などによりウィンドシヤーなどの局所的な気象現象の検出を示したが、局所的な気象現象としてはその他にマイクロバーストなどがある。このマイクロバーストが発生した場合にもその接近を集中的に観測することができるものである。
【００６１】本実施の形態において風速及び気象エコー強度によって、ウィンドシヤーなどの局所的な気象現象を検出することはデータ処理装置２０によって行われる。本実施の形態４を実施するためには風速などのデータについては別途風速計などから得られたデータをデータ処理装置２０に供給する必要がある。
【００６２】また、ウィンドシヤーなどが検出された場合に、その検出された領域を含む方位角を設定することもデータ処理装置２０によって行われる。この方位角の範囲はシステム制御装置２４にそのデータが送られ、システム制御装置２４がこの範囲に基づき空中線制御装置１２を制御する。
【００６３】また、本実施の形態における風速及び気象エコー強度データの収集は、図３におけるステップＳ３－１において行われる。
【００６４】また、これらの気象データに基づきウィンドシヤーなどの局所的な気象現象を検出することは、図３におけるステップＳ３－２の観測データの解析で行われる。
【００６５】本実施の形態４によればウィンドシヤーの発生や、マイクロバーストが発生し始めた場合に、このような局地的な気象状況を集中的に観測することができる。したがって、ウィンドシヤー等の局地的な気象状況は次々と発生する場合が多いため、局地的な領域を集中的に観測することにより、ウィンドシヤー等の発生を迅速に知ることができる。
【００６６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ある領域の気象条件が所定の条件を満たしている場合には、気象レーダのアンテナの走査モードを、その領域を集中的に走査するモードに変更される。従って、その気象条件が成立している領域を集中的に観測することができ、より正確な気象データを得ることができる。
【００６７】また、本発明によれば、予め定められた条件が検出される前の走査モードとしては全方位定高度ＰＰＩモードを採用している。そのため、所定の気象条件が満たされていない場合には全方位方向及び全仰角方向を全て走査することになり、予め定められた気象条件が全方位方向の半球面上のどの領域で成立していても見いだすことができる。
【００６８】また、本発明によれば、予め定められた条件が満たされた後に移行する走査モードとして、所定の方位角度範囲の定高度ＰＰＩモードを採用した。そのため、走査範囲を、確実に狭くすることができ、その方位角度範囲の気象データを高密度で観測することができる。そのため、特定の気象状況が発生した場合には、その気象状況を高密度で観測することができるのである。
【００６９】また、本発明によれば、特に、所定の方位角度範囲の定高度ＰＰＩモードとして、その方位角度範囲のセクタースキャンで実現することも好ましい。このセクタースキャンは、アンテナのビームがその所定角度範囲で往復するように走査がされるため、迅速にその範囲の気象観測を行うことができる。
【００７０】また、本発明によれば、予め定められた条件としてＶＩＬの値を用いた。そして、ＶＩＬの値が所定のしきい値を越えた場合に走査モードを変更するようにした。従って、強雨の接近を迅速に知ることができる気象レーダ制御方法が得られる。
【００７１】また、本発明によれば、雲の頂高度分布が所定のしきい値より広いことを予め定められた条件として採用した。その結果、積乱雲の発生を正確に知ることができ、落雷等による防災に役立つ気象データの観測を効率的に行うことができる気象レーダ制御方法が得られる。
【００７２】また、本発明によれば、ウィンドシアーが検出されたことを上記条件としたため、ウィンドシアーなどの局地的な気象状況の発生を迅速に予測することができる。
【００７３】また、本発明によれば、マイクロバーストが検出されたことを上記条件としたため、マイクロバーストなどの局地的な気象状況の発生を迅速に予測することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００６０１３【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】	平成１０年（１９９８）３月２５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】吉田研二（外２名）
【公開番号】	特開平１１－２７１４４３
【公開日】	平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】	特願平１０－７７４７６