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【発明の名称】 紫外線強度予測装置、UVインデックス予測装置、紫外線強度予測方法、及びUVインデックス予測方法
【発明者】 【氏名】深尾 一仁

【氏名】和田 将一

【要約】 【課題】任意の地点の紫外線強度を高精度かつ細密に予測する。

【解決手段】紫外線強度予測部16は、気象予測モデル演算部14から雲量の影響を考慮した全天日射量の予測値を取得する。変換式作成部162は、予め取得された紫外線強度観測値と全天日射量観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する。波長別紫外線強度算出部163は、上記作成された波長毎の変換式に基づいて、任意の地点の緯度とオゾン全量取得部161により得られるオゾン全量と、気象予測モデル演算部14から得られた全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度の予測値を算出する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得する取得手段と、
予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する作成手段と、
前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出する算出手段と
を具備することを特徴とする紫外線強度予測装置。
【請求項2】
前記全天日射量の予測値は、前記地点の雲量の予測値から求められることをさらに特徴とする請求項1記載の紫外線強度予測装置。
【請求項3】
任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得する取得手段と、
予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する作成手段と、
前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された波長別の紫外線強度をUVインデックスに変換する変換手段と
を具備することを特徴とするUVインデックス予測装置。
【請求項4】
前記全天日射量の予測値は、前記地点の雲量の予測値から求められることをさらに特徴とする請求項3記載のUVインデックス予測装置。
【請求項5】
任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得し、
予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成し、
前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出することを特徴とする紫外線強度予測方法。
【請求項6】
前記全天日射量の予測値は、前記地点の雲量の予測値から求められることをさらに特徴とする請求項5記載の紫外線強度予測方法。
【請求項7】
任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得し、
予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成し、
前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出し、
前記算出された波長別の紫外線強度をUVインデックスに変換することを特徴とするUVインデックス予測方法。
【請求項8】
前記全天日射量の予測値は、前記地点の雲量の予測値から求められることをさらに特徴とする請求項7記載のUVインデックス予測方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、紫外線強度を予測する紫外線強度予測装置、UVインデックス予測装置、紫外線強度予測方法、及びUVインデックス予測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、オゾン層の破壊による地上の紫外線量の増加が人体や一般生物に有害な影響を及ぼすとし、深刻な地球環境問題として取り上げられている。人間や生物にとって太陽光は不可欠である。さらに紫外線は、人間の皮膚内でのビタミンDの生成や強い殺菌作用など有用な面も少なくない。しかしながら、最近の医学、光生物学における研究により、太陽光とりわけ紫外線の生物に与える有害性の大きさが明らかになっている。紫外線による有害性は、光毒性反応、光感作と光アレルギー、細胞障害、また、皮膚の悪性腫瘍などが挙げられる。オゾン全量の10%が減少すると、有害なUV−Bは世界的にみて年平均約20%増加すると言われており、紫外線量の増加が懸念される現在において、その高精度な予測技術開発は火急の課題と言える。
【0003】
既存の紫外線予報として代表とされるのが、気象庁が2005年5月より開始したUVインデックスによる紫外線予報である。UVインデックス(UV指数)とは、紫外線が人体に及ぼす影響の度合いをわかりやすく示すために、紫外線の強さを指標化したもので、紫外線強度を13段階にインデックス化した全国の紫外線分布情報が提供されている。気象庁の予測手法では、地上の紫外線量に大きく影響するオゾン量を求めるために、化学輸送モデルを用いて、オゾンに関わる光化学反応を計算している。そこから得られるオゾン量の分布や累年平均エアロゾル観測値を入力値として、放射伝達モデルから20km格子間隔の晴天時紫外線量を予測している。そして最終的には、雲による紫外線減衰効果を考慮するために、過去の観測値と天気(降水、雲天等)の関係から補正係数を算出して、晴天時紫外線量に乗じることで日々の紫外線量を予測している(例えば、非特許文献1又は2を参照。)。
【非特許文献1】「気象庁の紫外線情報について」、安達他、2006年度日本気象学会春季大会予稿集、p.261
【非特許文献2】「紫外線情報の解説」、気象庁、インターネット<URL:http://www.data.kishou.go.jp/obs-env/uvhp/3-47uvindex_info.html>
【非特許文献3】「UVインデックスを求めるには」、気象庁、インターネット<URL:http://www.data.kishou.go.jp/obs-env/uvhp/3-41uvindex_define.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、上述した気象庁の予測手法は極めて理論的な手法といえるが、その反面、放射伝達モデルの計算時間が膨大になるのを避けるため、紫外線量の減衰にもっとも起因する雲量の効果を、天気の区分という大まかな指標から算出している点に問題がある。
【0005】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、任意の地点の紫外線強度を高精度かつ細密に予測可能な紫外線強度予測装置、UVインデックス予測装置、紫外線強度予測方法、及びUVインデックス予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためにこの発明に係わる紫外線強度予測装置は、任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得する取得手段と、予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する作成手段と、前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出する算出手段とを具備することを特徴とする。
【0007】
この発明に係わるUVインデックス予測装置は、任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得する取得手段と、予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する作成手段と、前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された波長別の紫外線強度をUVインデックスに変換する変換手段と
を具備することを特徴とする。
【0008】
また、この発明に係わる紫外線強度予測方法は、任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得し、予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成し、前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出することを特徴とする。
【0009】
この発明に係わるUVインデックス予測方法は、任意の地点の全天日射量の予測値、緯度及びオゾン全量を取得し、予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成し、前記作成された波長毎の変換式に基づいて、前記取得された緯度及びオゾン全量と前記全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度を算出し、前記算出された波長別の紫外線強度をUVインデックスに変換することを特徴とする。
【0010】
上記構成による紫外線強度予測装置、UVインデックス予測装置、紫外線強度予測方法、及びUVインデックス予測方法では、気象予測モデルによる雲量の影響を考慮した全天日射量の予測値を用いて紫外線強度を求めることで、従来に比べて高精度かつ細密な紫外線強度を求めることが可能となる。
【発明の効果】
【0011】
したがってこの発明によれば、任意の地点の紫外線強度を高精度かつ細密に予測可能な気象予測システム及び紫外線強度予測方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、この発明に係わる気象予測システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。この気象予測システム1は、ネットワークNTを介して気象庁データサーバDS0、及びレーダサイトサーバDS1,DS2に接続されている。気象予測システム1は、ネットワークNTと接続される通信インターフェース12と、通信処理部11と、観測データ格納部13と、気象予測モデル演算部14と、予測データ格納部15と、紫外線強度予測部16と、UVインデックス変換部17とを備える。
【0013】
通信処理部11は、気象庁データサーバDS0やレーダサイトサーバDS1,DS2から気象予測のもとになる観測データ・予測データ(GPVデータ)をネットワークNTを介して入手する。通信処理部11で入手された気象観測データは、観測データ格納部13に格納され、気象予測モデル演算部14からの要求に応じて選択的に気象予測モデル演算部14に送られる。
【0014】
気象予測モデル演算部14は、気象予測のもととなるデータが観測データ格納部13に格納されると起動し、気象予測演算を行う。求められた気象予測データは予測データ格納部15に記憶される。また、観測データ格納部13に新たな観測データが入力されると、気象予測モデル演算部14は再び起動し、観測と予測のズレを補正するために気象予測演算を再実行する。本実施形態では、気象予測モデル演算部14は、雲量を予測し、予測された雲量をもとに予測計算される全天日射量を出力する。
【0015】
紫外線強度予測部16は、気象予測モデル演算部14から出力される全天日射量の予測データを用いて紫外線強度の予測演算を行い、紫外線強度の予測値を出力する。UVインデックス変換部17は、紫外線強度予測部16で予測演算された紫外線強度の予測値をUVインデックスに変換して出力する。
【0016】
図2は、紫外線強度予測部16の機能ブロック図である。紫外線強度予測部16は、オゾン全量取得部161と、変換式作成部162と、波長別紫外線強度算出部163とを備える。オゾン全量取得部161は、各観測ポイントにおけるオゾン情報(オゾンポイント情報)をもとに内挿処理を行うことで、任意の地点のオゾン全量を求める。変換式作成部162は、予め取得された全天日射量観測値と紫外線強度観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する。波長別紫外線強度算出部163は、上記変換式作成部162において作成された波長毎の変換式に基づいて、任意の地点の緯度及びオゾン全量と気象予測モデル演算部14で予測される全天日射量とをもとに波長毎の紫外線強度を算出する。
【0017】
次に、このように構成される紫外線強度予測部16の動作について説明する。図3は、紫外線強度予測部16の処理手順とその処理内容を示すフローチャートである。
図3において、紫外線強度予測部16は、気象予測モデル演算部14で予測される雲量の影響を考慮した全天日射量を取得する(ステップS3a)。変換式作成部162は、全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する(ステップS3b)。
【0018】
ここでは、紫外線観測データとして、例えば、気象業務支援センターから配布される「大気・海洋環境観測報告(CD−ROM)」を用いる。2006年3月現在における最新のもの(第5号平成15年観測成果)には、5地点における1時間毎の紫外線域日射量が収録されている。収録期間を図4に示す。なお、同CD−ROMには、地表に到達するUV−Bに影響を及ぼすオゾン全量も収録されている。オゾン全量とは、上空に分布するオゾンを1気圧に圧縮したときの厚さを表す。
【0019】
図5は、大気・海洋環境観測報告に含まれる2003年8月のつくばにおける紫外線強度(UV−A及びB)と全天日射量の相関を示す。UV−A、Bともに相関係数が0.9以上であり、全天日射量に対して非常に高い相関を示している。紫外線強度は、基本的には全天日射量と連動しており、日本においては全天日射量の4〜7%となっている。つまり、全天日射量の予測が可能であれば、回帰的に紫外線強度の予測は可能である。このことから、紫外線強度と全天日射量との間には、以下のような回帰関係が成立する。
[紫外線強度]=K×[全天日射量]
よって、この回帰係数Kを如何に求めるかが、紫外線強度の予測を行う上で鍵となる。係数Kの決定の際には、UV−A及びBそれぞれの特徴を踏まえ、以下の点を考慮する。
UV−A:緯度を説明変数とした係数Kを求める
UV−B:緯度とオゾン全量を説明変数とした係数Kを求める
変換式作成部162では、図5と同様に各観測点での波長別の回帰係数Kを算出する。そして、その結果をもとに任意の地点の係数Kを求めるための変換式を作成する。変換式として、以下の関係が成り立つものと仮定した。
K=aX+bX+c
ここで、係数Kは、先に求めた各観測点における波長別の回帰係数である。X及びXはそれぞれ、緯度およびオゾン全量(参照値)である。参照値とは、例えば1971〜2000年の月平均値で、平均的なオゾン量である。これにより波長毎のa、b、およびcの値が決定し、緯度X及びオゾン全量Xを変数とする波長毎の変換式が作成される。
【0020】
この作成された波長毎の変換式を用いて、波長別紫外線強度算出部163は、波長別の紫外線強度を算出する(ステップS3c)。波長別紫外線強度算出部163は、波長毎の変換式に基づいて、任意の地点の緯度及びオゾン全量取得部161により取得されるオゾン全量をもとに波長毎の回帰係数Kの値を求め、求められた波長毎の回帰係数Kと気象予測モデル演算部14から得られる全天日射量の予測値とにより波長別の紫外線強度を算出する。
【0021】
さらに、UVインデックス変換部17は、上記算出された波長別紫外線強度にCIE作用スペクトルを乗算し、波長別紅斑紫外線強度を求める(ステップS3d)。図6に、波長別赤斑紫外線強度の計算方法を示す(非特許文献3を参考)。紫外線の生物への影響は、国際照明委員会(CIE:Commission International de l'Eclairage)が定めるCIE作用スペクトルを波長別紫外線強度に乗算し、重み付けを施すことで試算される。このように求められた波長別強度は、波長別紅斑紫外線強度と呼ばれる。そして、この波長別紅斑紫外線強度を280〜400nmにわたって波長積分することにより、生物への総合的な影響度が得られる(地上での290nm以下の紫外線は実質的に0と見なせるので、実際には290〜400nmにわたる波長積分で十分に精度よく求められる)。その積分された値を25mW/mで割ったものがUVインデックスと呼ばれるものである。
【0022】
CIE作用スペクトルβ(λ)は、以下の式で表される。
【0023】
β(λ)=1.0 for λ<298nm,
100.094(298−λ) for 298<λ<328nm,
100.015(139−λ) for 328<λ<400nm,
0 for λ>400nm
なお、大気・海洋環境観測報告に325〜400nmの紫外線観測値が含まれていないため、当領域の紫外線強度を一定として扱い、325nmの直前の値を代用する。生物への影響度を考慮する際に、波長別紫外線強度にCIE作用スペクトルをかけると、325〜400nmの波長別紅斑紫外線強度は、非常に小さな値になるため、一定として扱っても全体へ与える影響は非常に小さい。
【0024】
UVインデックス変換部17は、上記求められた波長別紅斑紫外線強度を積分して、25mW/mで除算し(ステップS3e)、この値をUVインデックスとして出力する(ステップS3f)。
【0025】
以上述べたように、上記実施形態では、紫外線強度予測部16は、気象予測モデル演算部14から雲量の影響を考慮した全天日射量の予測値を取得する。変換式作成部162は、予め取得された紫外線強度観測値と全天日射量観測値との相関関係から全天日射量を紫外線強度に変換する波長毎の変換式を作成する。波長別紫外線強度算出部163は、上記作成された波長毎の変換式に基づいて、任意の地点の緯度とオゾン全量取得部161により得られるオゾン全量と、気象予測モデル演算部14から得られた全天日射量の予測値とをもとに波長別の紫外線強度の予測値を算出する。
【0026】
したがって上記実施形態によれば、気象予測モデルによる雲量の影響を考慮した全天日射量の予測値を用いて紫外線強度を求めることで、従来に比べて高精度かつ細密な紫外線強度を求めることができる。これにより、野外での社会活動を行うにあたって的確なUV指標を提示することが可能となり、有害紫外線に起因する皮膚がんや白内障などの健康被害の予防につながる。
【0027】
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】この発明に係わる気象予測システムの一実施形態を示すブロック構成図。
【図2】図1に示す紫外線強度予測部の構成を示すブロック図。
【図3】図2に示す紫外線強度予測部の処理手順とその内容を示すフローチャート。
【図4】大気・海洋環境観測報告に収録される紫外線域日射量及びオゾン全量の収録期間を示す図。
【図5】紫外線強度(UV−A及びB)と全天日射量の相関を示す図。
【図6】波長別赤斑紫外線強度の計算方法を示す図。
【符号の説明】
【0029】
1…気象予測システム、11…通信処理部、12…通信インターフェース、13…観測データ格納部、14…気象予測モデル演算部、15…予測データ格納部、16…紫外線強度予測部、17…UVインデックス変換部、NT…ネットワーク、DS0…気象庁データサーバ、DS1,DS2…レーダサイトデータサーバ、161…オゾン全量取得部、162…変換式作成部、163…波長別紫外線強度算出部。
【出願人】 【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】 平成18年10月2日(2006.10.2)
【代理人】 【識別番号】100058479
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦

【識別番号】100091351
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 哲

【識別番号】100088683
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 誠

【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊

【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司

【識別番号】100109830
【弁理士】
【氏名又は名称】福原 淑弘

【識別番号】100084618
【弁理士】
【氏名又は名称】村松 貞男

【識別番号】100092196
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 良郎


【公開番号】 特開2008−89425(P2008−89425A)
【公開日】 平成20年4月17日(2008.4.17)
【出願番号】 特願2006−271058(P2006−271058)