JP3399827B2 - 霧観測方法及び霧観測レーダシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気象レーダを用い
て霧を観測する方法及びシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、気象観測のための装置とし
て、いわゆる気象レーダが広く用いられている。この気
象レーダは、空気中の水滴、例えば雨粒などを観測する
ことができ、降雨強度などを計測することができる。こ
のように、空中の水滴からのエコー波を検出し、水滴の
観測を行う気象レーダは、一般にセンチ波レーダが用い
られている。このセンチ波レーダの代表的な波長として
は、１０ｃｍ、５ｃｍ、３ｃｍなどが用いられている。

【０００３】近年、より小さい水滴の観測をすることが
できるレーダとして、ミリ波レーダが利用されつつあ
る。このミリ波レーダを用いれば、従来の気象レーダで
は観測できなかった極めて小さい水滴の粒を観測するこ
とができ、その結果霧や雲を探知することができる。こ
のミリ波レーダが用いている波長は、例えば８．６ｍｍ
などが利用されている。

【０００４】このミリ波レーダは、小さい水滴の粒の観
測を行うことができるため、霧レーダとしての応用が提
案されている。空港や港湾、道路などにおいては、霧が
発生すると視程の悪化により交通障害を引き起こす恐れ
がある。そこで、このミリ波レーダを霧の監視に利用す
ることが計画され、検討が行われている。

【０００５】なお、特開昭５４−４３６９４号公報に
は、気象エコーとシークラッタの振幅変動の統計的な特
性を利用して、シークラッタを自動的に除去して重畳し
ている気象エコーを定量的に測定する気象レーダ装置が
開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、波長の短いミリ
波レーダは、小さい水滴の粒を観測できるため、霧観測
レーダとしての利用が検討されているが、小さい水滴の
粒だけではなく、雨粒のような大きな粒からの反射波を
も検出することができる。そのため、このミリ波レーダ
では大きな粒の雨粒なども、小さい粒である霧と同様に
検出してしまう。その結果、降雨と霧とを識別すること
は困難であった。

【０００７】勿論、霧のような小さな水滴からの反射波
と、雨粒のような大きな水滴からの反射波とはその大き
さが異なるので、反射波のエコー強度の大小により降雨
と霧とを識別することも考えられる。

【０００８】しかし、レーダ観測では、霧や降雨により
電波が減衰し、その減衰量を正確に補正することは必ず
しも容易ではない。そのため、エコー強度の大小のみで
霧か降雨かを正確に識別することは困難である。

【０００９】さらに、霧観測レーダでは、視程劣化の原
因である主要な霧のみを検出することが、その霧レーダ
の本来の目的に鑑みれば望ましいことである。そのた
め、反射波が検知された時、その反射波の原因となった
ターゲットが霧であるのかそれとも降雨であるのかを識
別する必要がある。

【００１０】本発明は、係る課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は検出されたターゲットが霧であるのか
それとも降雨であるのかを識別する方法及びシステムを
提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定高度より
低い地表又は海面付近の降雨及び霧領域を観測する第１
ステップと、上記所定高度以上の降雨領域を観測する第
２ステップと、上記所定高度以上の降雨領域の観測結果
から対応する上記所定高度よりも低い地表又は海面付近
における降雨領域を求める第３ステップと、上記第３の
ステップで求められた降雨領域に基づいて上記第１ステ
ップで観測された上記降雨及び霧領域の降雨領域を算出
し、この降雨領域以外の領域を上記降雨及び霧領域にお
ける霧領域として抽出する第４ステップと、を含むこと
を特徴とするものである。

【００１２】本発明は、前記所定の高度は、気象条件に
よって定めることを特徴とするものである。

【００１３】

【００１４】本発明は、気象レーダの仰角を所定の小角
度に設定し、この気象レーダを用いて所定高度より低い
地表又は海面付近の降雨及び霧領域を観測する第１ステ
ップと、上記気象レーダの仰角を上記小角度より大きい
所定の大角度に設定し、この気象レーダを用いて上記所
定高度以上の降雨領域を観測する第２ステップと、上記
所定高度以上の降雨領域の観測結果から対応する上記所
定高度よりも低い地表又は海面付近における降雨領域を
求める第３ステップと、上記第３のステップで求められ
た降雨領域に基づいて上記第１ステップで観測された上
記降雨及び霧領域の降雨領域を算出し、この降雨領域以
外の領域を上記降雨及び霧領域における霧領域として抽
出する第４ステップと、を含むことを特徴とするもので
ある。

【００１５】本発明は、前記大角度は、気象条件に基づ
き定めることを特徴とするものである。

【００１６】本発明は、前記小角度は、上記気象レーダ
の設置場所の地形状況に基づいて定めることを特徴とす
るものである。本発明は、前記気象レーダはミリ波レー
ダであることを特徴とするものである。

【００１７】本発明は、仰角が所定の大角度に設定さ
れ、所定高度以上の降雨領域の観測をする高仰角アンテ
ナと、仰角が前記大角度より小さい所定の小角度に設定
され、所定高度より低い地表又は海面付近の降雨及び霧
領域を観測する低仰角アンテナと、を含み、上記所定高
度以上の降雨領域の観測結果から対応する上記所定高度
よりも低い地表又は海面付近における降雨領域を求め、
この降雨領域に基づいて、上記低仰角アンテナが観測し
た上記降雨及び霧領域の降雨領域を算出し、この降雨領
域以外の領域を上記降雨及び霧領域における霧領域とし
て抽出することを特徴とするものである。

【００１８】本発明は、前記低仰角アンテナが送信する
電波は、ミリ波帯電波であることを特徴とするものであ
る。

【００１９】本発明は、前記高仰角アンテナの開口面積
は、前記低仰角アンテナの開口面積よりも小さいことを
特徴とするものである。

【００２０】本発明は、海面付近の降雨及び霧領域を観
測する第１ステップと、海面上の降雨領域を観測する第
２ステップと、上記第２ステップの降雨領域の観測結果
から対応する海面付近の降雨領域を求める第３ステップ
と、上記第３のステップで求められた降雨領域に基づい
て上記第１ステップで観測された上記降雨及び霧領域の
降雨領域を算出し、この降雨領域以外の領域を上記降雨
及び霧領域における霧領域として抽出する第４ステップ
と、を含むことを特徴とするものである。

【００２１】本発明は、前記第２ステップは、海面から
の反射波であって、エコー強度が強い反射波を、クラッ
タとして検出し、クラッタが検出された領域を降雨領域
として抽出することを特徴とするものである。

【００２２】本発明は、前記第２ステップは、海面から
の反射波であって、周波数のドップラ速度幅が大きい反
射波を、前記クラッタとして検出し、クラッタが検出さ
れた領域を降雨領域として抽出することを特徴とするも
のである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。

【００２４】実施の形態１．図１には、本発明の好まし
い実施の形態である霧観測方法の原理を表す説明図が示
されている。また、図２には本実施の形態に係る霧観測
方法の動作の流れを表すフローチャートが示されてい
る。

【００２５】図１に示されているように霧１０は、一般
に低い高度にのみ発生することが経験的に知られてい
る。具体的には高度としては数１００ｍ程度以下であ
る。そのためレーダ１２が低い高度に対してレーダビー
ム１４を発した場合には、このレーダビームから得られ
るエコー波は霧１０からのものと、降雨１６のものから
との２種類が含まれる。なお、本実施の形態におけるレ
ーダ１２は、上述したミリ波レーダである。さて、この
霧１０からの反射波と、降雨１６からの反射波とを距離
的には区別することができるものの、それが霧１０であ
るか又は降雨１６であるかを区別することは一般に困難
である。この困難性については既に上で述べた。

【００２６】次に、レーダ１２が高高度領域に対してレ
ーダビーム１８を発した場合には、このレーダビーム１
８から得られる反射波は降雨１６からのものだけであ
る。これは、高高度領域とは霧が発生しない数１００ｍ
程度以上だからである。

【００２７】従って、レーダ１２の仰角を調整し、レー
ダ１２が低高度領域に対してレーダビーム１４を発した
場合には霧１０及び降雨１６からの反射波が得られるの
に対し、レーダ１２の仰角を大きくしレーダ１２が高高
度領域に対してレーダビーム１８を発した場合には、降
雨１６からの反射波のみが検出される。従って、両反射
波を比較することにより、降雨１６と霧１０とを識別す
ることができる。

【００２８】具体的には、低高度領域に発したレーダビ
ーム１４から得られたエコーデータにより水滴が存在す
ると判断された地域は霧１０又は降雨１６が発生してい
る２つの地域を含んだものである。この地域を霧・降雨
地域と呼ぶ。一方、高高度領域に向けて発せられたレー
ダビーム１８から水滴が検出される地域は降雨１６のみ
が生じている地域だけである。この地域を降雨地域と呼
ぶ。

【００２９】従って、低高度領域のエコーデータに基づ
いて得られた地域から、高高度領域に対して発せられた
レーダビーム１８から得られた降雨の地域を除けば、そ
の残りの地域は霧１０が発生している地域である。換言
すれば、低高度領域に向けて発せられたレーダビーム１
４に対してのみ反射波を返して来た地域のみが霧１０が
発生している地域であると判断されるのである。霧１０
のみが発生している地域を霧地域と呼ぶ。

【００３０】尚、本文においては空中の３次元上での一
定の範囲を「領域」と呼ぶ。また、地図上の一定の範囲
のように２次元上での一定の範囲を「地域」と呼んでい
る。この結果、ある「領域」は、高さと、地上に対する
投影面積と、を有する３次元上の一定の範囲である。そ
して、ある「領域」を地上に投影してできた地上の２次
元的な平面を、その「領域」に対する「地域」と呼んで
いる。

【００３１】このように、本実施の形態においては霧１
０と降雨１６とを、双方の高度分布によって識別してい
るのである。すなわち、降雨１６は高度数ｋｍから雨粒
が落下してくるのに対し、霧は低い高度（高度数１００
ｍ）にのみ発生することが経験上知られているからであ
る。従って、レーダ１２の仰角を小さくし低高度領域に
対してレーダビーム１４を発して得られた霧・降雨地域
から高高度領域にレーダビーム１８を発して得られた降
雨地域を除けば、霧１０が発生している霧地域のみを抽
出することができるのである。なお、低高度領域と高高
度領域の境目となる高度は地域や周囲環境によって適宜
適切な値とすることが好ましいが、典型的には２００ｍ
から３００ｍ程度とすることが望ましいと考えられる。

【００３２】本実施の形態においてはこのように高度分
布によって霧１０と降雨１６とを区別しているが、レー
ダ１２自体は従来の気象データと同様に例えばＣＡＰＰ
Ｉ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｉｎ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｃａｔｏｒ）観測を行っ
て高度分布を検出することも勿論好ましい。このＣＡＰ
ＰＩ観測は、レーダ１２を水平面内で３６０度回転さ
せ、水平方向における空気中の水滴の方位を求めつつ、
１回転毎にレーダ１２の仰角を変化させ空中の全ての方
向における空気中の水滴の観測を行う手法である。

【００３３】次に、本実施の形態における霧観測方法の
動作をフローチャートを用いて詳細に説明する。

【００３４】図２のフローチャートにおいて、まずステ
ップＳ２−１のレータ観測ステップにおいて、レーダ１
２を用いたＣＡＰＰＩ観測が行われる。ＣＡＰＰＩ観測
は、従来から知られている観測手法であり、この観測に
より地上の半球面方向における全ての方向にレーダビー
ムが発せられ、反射波のデータ（エコーデータ）が得ら
れる。

【００３５】次に、ステップＳ２−２の降雨地域抽出ス
テップにおいては、高高度領域観測画像から降雨地域の
抽出が行われる。ここで、高高度領域観測画像とは、図
１に示されているように、数１００ｍ以上の空中からの
エコーデータによって作成された画像である。このエコ
ーデータの画像に基づき、現在雨が降っているか否かの
検査を行って、降雨地域を抽出している。

【００３６】なお、上述したように、本文においては領
域とは雲や霧が占める三次元的な空間の領域を意味し、
「地域」とは地上の二次元的な広がりを持つ地域を意味
している。従って、高高度領域観測画像は、空中の三次
元的な領域に対する画像であり、この情報から現在雨が
降っている地上の２次元的な地域を算出し、この地域を
「降雨地域」として抽出しているのである。

【００３７】次に、ステップＳ２−３の霧・降雨地域抽
出ステップにおいては低高度領域観測画像から霧・降雨
地域の抽出を行う。この霧・降雨地域は、霧１０または
降雨１６が発生している地域である。この両者が同時に
検出されるのは、図１に示されているように双方から反
射波が得られるためである。

【００３８】ステップＳ２−４の霧地域算出ステップに
おいては上記ステップＳ２−３で求めた霧・降雨地域か
ら、ステップＳ２−２で求めた降雨地域を除去し、霧地
域を求める。

【００３９】本実施の形態において特徴的なことは低高
度領域観測画像から得られた霧・降雨地域から、高高度
領域観測画像から抽出した降雨地域を除去することであ
る。この結果、低高度領域観測画像でのみ反射波が得ら
れた領域の下の地域（霧地域）のみを抽出することがで
き、霧１０が発生している地域を知ることができる。

【００４０】ステップＳ２−５においては得られた霧地
域を、霧分布画像に変換し、この霧分布画像を表示装置
に表示する。この表示は、従来からのＣＲＴや、ＬＣＤ
などの種々の表示手段を用いることが好ましい。

【００４１】以上述べたように、本実施の形態１によれ
ば、低高度領域の観測結果による地域から、高高度領域
における観測結果による地域を減算し、霧１０のみが発
生している地域を検出することができた。その結果、降
雨１６とは分離して霧１０のみを純粋に検出することが
できるため、道路や空港等における視程の悪化を明確に
把握することができる。

【００４２】実施の形態２．次に本発明の好ましい実施
の形態２について、その説明を行う。まず、霧領域と降
雨領域との関係について説明する。図３には、霧領域と
降雨領域との間の関係を表す説明図が示されており、こ
の説明図において（１）には、霧領域が単独で存在する
場合の説明図が示されている。また、（２）には霧領域
と降雨領域とが重複せずに存在する場合の説明図が示さ
れている。また（３）には霧領域と降雨領域とが重複し
て存在する場合の説明図が示されている。また（４）に
は霧領域が降雨領域に完全に包含される場合の説明図が
示されている。

【００４３】本実施の形態（及び本発明）においては、
このうち図３の（１）〜（３）の場合の霧観測を想定し
ており、（４）は観測対象外である。なお、（３）及び
（４）における重複部分の領域は、霧自体よりも視程が
良好であることが知られている。この図３においては、
各領域はそれぞれ全て上空から見た様子を表している。

【００４４】本実施の形態における霧観測の様子を表す
フローチャートが図４に示されている。このフローチャ
ートは、請求項に記載された本発明の動作を表すフロー
チャートでもある。このフローチャートにおいて特徴的
なことは、全て「領域」のデータで演算が行われている
ことである。したがって、上記実施の形態１と異なり、
２次元の「地域」のデータは何ら扱っていない。

【００４５】まず、第１ステップ３０においては、所定
高度より低い地表又は海面付近の降雨及び霧領域の観測
が行われる。この「降雨及び霧領域」とは降雨又は霧が
存在する領域を意味する。なお、所定高度とは、上記実
施の形態１における低高度領域と高高度領域の境目とな
る高度である。

【００４６】次に、第２ステップ３２においては、上記
所定高度以上の降雨領域の観測が行われる。これは、気
象レーダの仰角を大きくすることにより高高度領域の観
測を行うことを意味する。

【００４７】尚、この第２ステップ３２において、降雨
領域が存在しない場合も想定される。これは、図３の
（１）に示されているような場合である。この図３の
（１）に示されているような場合には、上記第１ステッ
プ３０において検出される「降雨及び霧領域」は、図３
の（１）における霧領域そのものとなる。

【００４８】第３ステップ３４においては、上記所定高
度以上の降雨領域の観測結果から対応する上記所定高度
よりも低い地表又は海面付近における降雨領域が求めら
れる。これは、高高度領域の観測に基づき、その下方に
ある低高度領域における降雨領域を求めるものである。

【００４９】第４ステップ３６においては、上記第３の
ステップ３４で求められた降雨領域に基づいて上記第１
ステップ３０で観測された上記降雨及び霧領域の降雨領
域を算出し、この降雨領域以外の領域を上記降雨及び霧
領域における霧領域として抽出するのである。

【００５０】このように、本実施の形態２及び本発明に
おいては、２次元的なデータを何ら用いず、３次元的な
「領域」のデータのみを用いて「霧領域」を求めること
ができる。

【００５１】実施の形態３．さて、上記実施の形態１に
おいては、気象観測自体は、従来からのＣＡＰＰＩ観測
を行っていた。このＣＡＰＰＩ観測によれば、レーダ１
２の仰角が少しずつ変化するため、図１に示すような低
高度領域の観測と、高高度領域の観測とは、そのＣＡＰ
ＰＩ観測の最中に自動的に行われる。

【００５２】しかしながら、霧の有無のみを観測する場
合には、必ずしもＣＡＰＰＩ観測を行う必要はない。本
実施の形態３においては、霧の有無のみを検出するた
め、レーダ１２の仰角として、低高度領域を観測するた
めの小さな仰角と、高高度領域を観測するための大きな
仰角の２つの仰角のみを取り得るように設定した。すな
わち、レーダ１２の仰角を例えば０ｄｅｇ．に設定し、
レーダビームを水平方向に発射し、低高度領域における
水滴の有無を検出する。次に、レーダ１２の仰角を例え
ば５．７ｄｅｇ．に設定し、高高度領域における水滴の
有無を検出するのである。このような気象観測の様子を
表す説明図が図５に示されている。この図に示されてい
るように、レーダ１２の位置からおよそ２ｋｍより遠い
地域においての霧の有無を観測するには、高高度領域の
観測をする際のレーダ１２の仰角を５．７ｄｅｇ．に設
定することが好ましい。なお、この図５に示されている
例においては２００ｍより高い領域を高高度領域と呼ん
でいる。また、この２００ｍより低い領域を低高度領域
と呼んでいる。

【００５３】次に、本実施の形態２にかかる霧観測の動
作を、図６に示されたフローチャートに基づき、詳細に
説明する。

【００５４】図６のステップＳ４−１の降雨地域抽出ス
テップにおいては、高高度領域の観測を行い、得られた
観測結果の高高度領域観測画像から、降雨地域の抽出が
行われる。

【００５５】ステップＳ４−２の霧・降雨地域抽出ステ
ップにおいては、低高度領域の観測を行い、得られた観
測結果の低高度領域観測画像から、霧・降雨地域の抽出
が行われる。

【００５６】最後に、ステップＳ４−３においては、上
記霧・降雨地域から、上記降雨地域を除去し、霧地域を
求める。

【００５７】このように、本実施の形態３においては、
レーダ１２の取り得る仰角を大角度と小角度の２種類に
のみ限定した。そのため、低高度領域と高高度領域の観
測を迅速に行うことができ、観測の時間分解能を高める
ことができる。換言すれば、極めて短時間で霧の有無を
判断することができる霧観測方法が実現できる。

【００５８】実施の形態４．次に本発明の好ましい実施
の形態４について、その説明を行う。

【００５９】本実施の形態４（及び本発明）において
も、上述したように、上記図３の（１）〜（３）の場合
の霧観測を想定しており、（４）は観測対象外である。

【００６０】本実施の形態における霧観測の様子を表す
フローチャートが図７に示されている。このフローチャ
ートは、請求項に記載された本発明の動作を表すフロー
チャートでもある。このフローチャートにおいて特徴的
なことは、上記図４のフローチャートと同様に全て「領
域」のデータで演算が行われていることである。したが
って、上記実施の形態２と異なり、２次元の「地域」の
データは何ら扱っていない。

【００６１】まず、第１ステップ４０においては、レー
ダ１２の仰角を所定の小角度に設定し、このレーダ１２
を用いて所定高度より低い地表又は海面付近の降雨及び
霧領域の観測が行われる。

【００６２】所定の小角度は典型的には０ｄｅｇ．であ
るが、地表や海面付近を観測できればどのような角度で
もかまわない。小角度の設定のより詳細な例を次の実施
の形態６で説明する。

【００６３】次に、第２ステップ４２においては、上記
レーダ１２の仰角を上記小角度より大きい所定の大角度
に設定し、このレーダ１２を用いて上記所定高度以上の
降雨領域の観測を行う。所定の大角度とは、典型的には
５．７ｄｅｇ．であるが、種々の条件にしたがって、適
切な値を設定することが好ましい。大角度のより詳細な
設定の方法を次の実施の形態５で説明する。

【００６４】第３ステップ４４においては、上記所定高
度以上の降雨領域の観測結果から対応する上記所定高度
よりも低い地表又は海面付近における降雨領域を求め
る。この第３ステップ４４は、基本的には図４における
上記第３ステップ３４とほぼ同様の動作を行う。

【００６５】第４ステップ４６においては、上記第３の
ステップ４４で求められた降雨領域に基づいて上記第１
ステップ４０で観測された上記降雨及び霧領域の降雨領
域を算出し、この降雨領域以外の領域を上記降雨及び霧
領域における霧領域として抽出する。この第４ステップ
４６は、基本的には図４における上記第４ステップ３６
とほぼ同様の動作を行う。

【００６６】このように、本実施の形態４及び本発明に
おいては、２次元的なデータを何ら用いず、３次元的な
「領域」のデータのみを用いて「霧領域」を求めること
ができる。

【００６７】実施の形態５．本実施の形態５において
は、２つの仰角のみで観測を行う場合の上記大角度につ
いてのより具体的な算出方法等を説明する。

【００６８】本実施の形態５における霧観測の様子を表
す説明図が図８に示されている。この説明図は本発明に
おける霧観測の様子を表す説明図でもある。この説明図
においては、高高度領域と低高度領域との境界の高度を
ｈとしている。また、高高度領域の最大高度をＨとして
いる。そして、レーダ１２が観測可能な水平最大距離を
Ｌとしている。

【００６９】さて、この図８に示されているように、最
大水平距離Ｌにおいて高度Ｈの点を観測するときの仰角
θは以下の式で表される。

【００７０】

【数１】θ＝ｔａｎ^-1（Ｈ／Ｌ） この仰角θで観測をしたときに高高度領域を観測可能な
最小水平距離ｌは、以下の式で表される。

【００７１】

【数２】ｌ＝ｈ／ｔａｎ（θ） このことは、換言すれば、この水平距離ｌよりレーダ１
２に近い地域の高高度領域の観測はできないことを意味
する。すなわち、θとｈによって、高高度領域のデータ
として観測しない範囲（これはレーダ１２からの距離が
ｌ以内である地域を意味する）が決定されるのである。

【００７２】例えば、Ｌ＝２０×１０３ｍ、Ｈ＝２×１
０３ｍ、ｈ＝２００ｍの場合には、以下のように計算で
きる。

【００７３】

【数３】θ＝５．７ｄｅｇ． ｌ＝２×１０３ｍ 以上述べたように、Ｈ、Ｌ、ｈが予め定まっていれば、
これらの値によって、θとｌが定まり、高高度領域を観
測する際の最適な仰角（θ）が求まるので、このθを大
角度にすることが好ましい。なお、レーダ１２の仰角を
これ以上の角度に設定すると、雨雲の観測が困難となっ
たり、観測範囲が狭くなってしまう等の弊害が生じる。

【００７４】勿論、逆にθとｌとを先に求めておき、こ
のようなθとｌになるようにＨ、Ｌ、ｈを定めることも
好ましい。

【００７５】以上述べたように、大角度は、観測条件や
気象条件により算出することが好ましい。

【００７６】実施の形態６．本実施の形態６において
は、２つの仰角のみで観測を行う場合の上記小角度につ
いてのより具体的な決定方法等を説明する。

【００７７】上記小角度は、一般には０度に設定するこ
とが好ましい。これは、地表や海面付近の霧及び降雨領
域を観測するには、発射する電波ビームは、地表や海面
と平行である必要があるためである。なお、このことは
海面は水平であり、また地表も水平であると認められる
場合が多いからである。

【００７８】しかし、レーダの設置場所によっては、必
ずしも地面が水平とは言えない場合も想定される。

【００７９】例えば、本実施の形態６における霧観測の
様子を表す説明図が図９に示されている。この図９の説
明図は、本発明の説明図でもある。この説明図に示され
ているように、本実施の形態においてはレーダ１２が高
地の頂上に位置しており、レーダ１２から周囲に向かっ
て下り坂になっている。

【００８０】したがって、図９に示されているような本
実施の形態の場合には、レーダ１２からの電波ビームは
水平方向ではなく、地表面に沿わせるために下向きにす
る必要がある。そのため、図９の場合には、小角度は、
−２度〜−３度程度に設定することが好ましい。

【００８１】さて、本実施の形態においては、図９に示
したように、レーダ１２の仰角の小角度がマイナスの場
合について説明したが、小角度がプラスとなる場合も考
えられる。これは図９の場合とは逆にレーダ１２が窪地
の何処に位置している場合等である。いずれの場合も、
レーダ１２から発射される電波ビームを地表面と平行に
するために、上記小角度はレーダ１２の設置場所の地形
に応じて決定することが望ましい。

【００８２】実施の形態７．上記実施の形態１や３にお
いては、いずれにしてもレーダ１２を駆動し、その仰角
を変更して低高度領域と高高度領域における観測を行っ
ていた。

【００８３】しかしながら、レーダ１２の仰角を変更す
るための駆動装置は精密な機械的な駆動装置が必要とな
り、レーダ１２のコストの増大を招く可能性もある。さ
らには、レーダ１２を駆動するために低高度領域と高高
度領域とを同時に観測することはできない。このため、
霧の有無を検出するためにはレーダ１２を駆動する一定
の時間が常に必要となってしまう。

【００８４】そこで、本実施の形態７においては複数の
アンテナすなわちマルチアンテナを備えたレーダ２２を
用いて、アンテナの仰角を固定している。このように、
マルチアンテナによるレーダ２２の例が図５の説明図に
示されている。この図に示されているように、レーダ２
２は低高度領域の観測をするために仰角を小さく設定し
た低仰角アンテナ２２ａと、高高度領域の観測を行うた
めに仰角を大きく設定した高仰角アンテナ２２ｂとの２
つのアンテナを備えている。そして、これらの低仰角ア
ンテナ２２ａ、高仰角アンテナ２２ｂの仰角は固定され
ている。

【００８５】このため、低仰角アンテナ２２ａ、高仰角
アンテナ２２ｂの仰角を変更するための駆動装置が不要
となり、レーダ２２のコストの低減を図ることができ
る。さらには、低仰角アンテナ２２ａ、高仰角アンテナ
２２ｂの仰角が固定されているため、タイムラグを生じ
させずすぐに低高度領域及び高高度領域の観測を行うこ
とができる。そのため、上記実施の形態１や３と比較し
て迅速に霧の有無を検出することができる。

【００８６】このように、霧観測にのみ用いるレーダ２
２として、本実施の形態３においては低仰角アンテナ２
２ａと高仰角アンテナ２２ｂとからなるマルチアンテナ
を備えたレーダ２２について説明した。このレーダ２２
を用いた霧観測レーダシステムは、霧の観測において低
高度領域と高高度領域とを同時に観測し得るという点を
除けば、上記実施の形態１や３とその霧観測の原理は同
様であり、霧地域の算出動作も同様である。

【００８７】尚、低仰角アンテナ２２ａと比較して、高
仰角アンテナ２２ｂは小さなアンテナを利用することが
できる。具体的には、高仰角アンテナ２２ｂは、低仰角
アンテナ２２ａと比較して開口面積が小さいアンテナを
利用することができる。その理由は、霧１０からの反射
波よりも降雨１６からの反射波のほうが一般に大きいた
め、アンテナ利得の低くなる開口面積の小さなアンテナ
を用いても降雨１６を検出することができるからであ
る。さらに、高仰角アンテナ２２ｂは、ミリ波アンテナ
を使用する必要は必ずしもなく、従来のセンチ波レーダ
でもかまわない。その理由は、高仰角アンテナ２２ｂは
霧を検出する必要はなく降雨１６のみを検出できればよ
いからである。

【００８８】実施の形態８．上記実施の形態１、３や７
においては、低高度領域と高高度領域における水滴を検
出し、低高度領域にのみ水滴が観察された地域を霧が発
生している地域と判断した。この原理は、上記実施の形
態１、３や７において共通なものである。本実施の形態
８においては、別の原理による霧が発生している地域の
検出の例について説明する。

【００８９】本実施の形態８に係る霧の観測方法の説明
図が図１１に示されている。この図は、本発明の霧観測
方法の説明図でもある。この図に示されているように、
本実施の形態は海面エコーの観測によって海面上に霧１
０が発生しているか否かを判断する方法である。

【００９０】まずレーダ１２の仰角をほぼ０ｄｅｇ．付
近に設定し、海上の空中の水滴について気象観測を行
う。このような気象観測の結果、海上に発生している霧
１０や降雨１６を検出することができる。

【００９１】次に、レーダ１２の仰角をマイナスにする
ことにより、海面の観測を行う。このように、レーダ１
２の仰角をマイナスにすることにより積極的に海面クラ
ッタを受信するようにしたものである。この海面クラッ
タは、海面から反射されたエコーであるが、その反射波
の強度や、その反射波のドップラ速度幅の大きさなどは
その海面に雨が降っているか否かによって大きく異な
る。

【００９２】例えば、雨が降っておらず海面が滑かな状
態においてはその反射波の大きさは小さい。一方、海面
上に雨が降っており、海表面が乱れている場合には、そ
の海面の細かい凹凸や細かい波により反射波の強度が大
きくなるのである。さらに、雨によって海面上に細かい
波が生じているため、その反射波のドップラ速度幅の大
きさも、なめらかな海面に比べて大きくなる。

【００９３】従って、海面クラッタのエコー強度やドッ
プラ速度幅の大きさを観測することにより、その海表面
に雨が降っているか否かを知ることができる。

【００９４】本実施の形態８において特徴的なことは、
このように海面クラッタの様子からその海表面における
降雨の有無を判断することである。

【００９５】以上のようにして、霧１０や降雨１６が生
じている地域（霧・降雨地域）を、観測すると共に、海
面クラッタを観測することにより降雨１６が存在する地
域（降雨地域）のみを検出することができる。従って、
霧１０または降雨１６が生じている霧・降雨地域から、
降雨１６のみが発生している降雨地域を取り除くことに
より、霧１０のみが発生している霧地域を特定すること
ができる。

【００９６】本実施の形態８において特徴的なことは、
降雨１６が生じている場合に海面の様子が変化すること
を利用して、降雨地域を検出したことである。降雨１６
によって海面状態が変化することにより海面クラッタの
大きさやドップラ速度幅が大きく異なることを利用し、
降雨１６が生じている地域を特定することができたもの
である。

【００９７】次に、フローチャートに基づき、本実施の
形態８における霧地域の算出動作についてより詳細に説
明する。図１２には、本実施の形態８に係る霧観測方法
の動作を表すフローチャートが示されている。

【００９８】まず、空中観測ステップであるステップＳ
７−１においては、レーダ１２の仰角を０ｄｅｇ．に設
定し、霧１０及び降雨１６からの反射波を受信し、霧１
０及び降雨１６が存在する領域を検出するものである。

【００９９】次に、霧・降雨領域抽出ステップＳ７−２
においては、上記の観測結果に基づき霧１０または降雨
１６が生じている地域の抽出を行う。この「地域」と
は、上で述べたように地図上の二次元的な範囲を表すも
のであり、本実施の形態においては特に海面上の所定の
面の範囲を意味する。

【０１００】海面観測ステップＳ７−３においては海面
の観測が行われる。この観測は、上述したようにレーダ
１２の仰角をマイナスにすることにより、レーダビーム
を海面に照射し、その反射波を検出することにより行わ
れる。上述したように降雨１６が生じている領域におい
ては海面上に細かい波が発生し、レーダビームの反射波
の強度が大きくなり、またドップラ速度幅も大きくな
る。一方、降雨１６が存在しない地域の海面においては
その表面は滑かであり、レーダビームの反射波の強度が
弱まると共に、ドップラ速度幅も小さなものとなる。

【０１０１】降雨領域抽出ステップＳ７−４においては
降雨地域の抽出が行われる。具体的には、反射波の強度
が大きい領域や、ドップラ速度幅の大きな領域の下にあ
る地域が降雨地域として抽出されるのである。

【０１０２】霧領域算出ステップＳ７−５においては、
上で検出した霧・降雨地域から、降雨地域を除く作業が
行われる。これによって、霧１０のみが発生している霧
地域を抽出することができる。

【０１０３】最後に、ステップＳ７−６においては上で
求めた霧のみが発生している地域である霧地域の表示が
行われる。この表示は、ＣＲＴやＬＣＤなど従来の表示
装置に対して地域の表示が行われるものである。

【０１０４】本実施の形態において特徴的なことは降雨
１６が生じている場合に海面の表面に細かい波が生じ、
レーダビームの反射波に変化が生じることを利用して、
降雨１６が生じている地域を検出したことである。そし
て、この降雨地域を、霧１０または降雨１６が生じてい
る地域から取り除くことにより、霧１０のみが発生して
いる霧地域を求めることができたのである。

【０１０５】実施の形態９．次に本発明の好ましい実施
の形態９について、その説明を行う。

【０１０６】本実施の形態９（及び本発明）において
も、上述したように、上記図３の（１）〜（３）の場合
の霧観測を想定しており、（４）は観測対象外である。

【０１０７】本実施の形態９（及び本発明）において
は、上記実施の形態８と同様の原理に基づき、霧領域の
観測を行うものであるが、上記実施の形態８と異なり、
２次元的なデータである「地域」を用いずに、３次元的
なデータである「領域」のみを用いて霧領域を観測して
いる。

【０１０８】本実施の形態９における霧観測の様子を表
すフローチャートが図１３に示されている。このフロー
チャートは、請求項に記載された本発明の動作を表すフ
ローチャートでもある。このフローチャートにおいて特
徴的なことは、上述したように、全て「領域」のデータ
で演算が行われていることである。

【０１０９】まず、第１ステップ５０においては、海面
付近の降雨及び霧領域の観測が行われる。この「降雨及
び霧領域」とは、上記実施の形態２と同様に、降雨又は
霧が存在する領域を意味する。

【０１１０】次に、第２ステップ５２においては、海面
上の降雨領域の観測が行われる。この降雨領域の判定処
理動作は、上記実施の形態８と同様である。すなわち、
海面からのクラッタに基づき、降雨領域の判定が行われ
る。

【０１１１】第３ステップ５４においては、上記第２ス
テップ５２の降雨領域の観測結果から対応する海面付近
の降雨領域が求められる。これは、海面からのクラッタ
に基づき海面上の降雨領域を求め、これに基づいて海面
付近の降雨領域を求めるものである。

【０１１２】第４ステップ５６においては、上記第３の
ステップ５４で求められた降雨領域に基づいて上記第１
ステップ５０で観測された上記海面付近の降雨及び霧領
域の降雨領域を算出し、この降雨領域以外の領域を上記
降雨及び霧領域における霧領域として抽出するのであ
る。この第４ステップ５６は、本質的には、上記図４に
おける第４ステップ３６と同様の動作が行われる。

【０１１３】このように、本実施の形態９及び本発明に
おいては、２次元的なデータを何ら用いず、３次元的な
「領域」のデータのみを用いて「霧領域」を求めること
ができる。

【０１１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、霧
及び降雨領域中の降雨領域を除いて霧領域を求めること
ができる。

【０１１５】低高度領域と高高度領域の境界は、気象条
件により定めることにより、霧領域を正確に求めること
ができる。

【０１１６】

【０１１７】また、レーダに２つの仰角のみを設定した
ので、迅速に高高度領域と低高度領域の観測を行うこと
ができる霧観測方法が得られる。

【０１１８】特に、本発明によれば、大角度を気象条件
に基づき定めるので、高高度領域を効率よく観測するこ
とができる。

【０１１９】また、本発明によれば、小角度を地形状況
に基づき定めるので、低高度領域を効率よく観測するこ
とができる。また、霧及び雨粒の双方を含む空中の水滴
を検出し得るレーダとして、ミリ波レーダを用いること
により、容易に双方の水滴を検出することができる。

【０１２０】また、本発明によれば、高高度領域の観測
を行う高仰角アンテナと、低高度領域の観測を行う低仰
角アンテナとを備えているため、迅速に霧地域を求める
ことができる霧観測レーダシステムが得られる。

【０１２１】また、本発明によれば、特に、低仰角アン
テナとしてミリ波レーダを用いた。そのため、霧を構成
する水滴を効率的に観測することができる。

【０１２２】また、本発明においては、上記高仰角アン
テナ開口面積は、低仰角アンテナよりも小さく構成し
た。これは、霧などの反射波より高高度領域の降雨１６
からの反射波の方が経験的に大きいことが判明している
ためである。その結果、霧観測レーダシステムの構成を
より小さくすることができる。

【０１２３】また、本発明によれば、海面からのクラッ
タを検出することにより、降雨地域を求めているため、
海上面の霧の発生の様子をより正確に求めることができ
る霧観測方法が得られる。

【０１２４】また、本発明によれば、特にエコー強度が
強い反射波を受信した場合に降雨地域であると判断して
いるため、容易に降雨地域を判断することができる。

【０１２５】また、本発明によれば、ドップラ速度幅が
大きい反射波が検出された場合にその地域を降雨地域で
あると判断したため、より容易に霧観測が行える霧観測
方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施の形態１による霧観測方法の原理を表
す説明図である。

【図２】 本実施の形態１における霧と降雨の識別動作
を表すフローチャートである。

【図３】 本実施の形態２及び本発明の霧観測における
霧領域と降雨領域との関係を表す説明図である。

【図４】 本実施の形態２及び本発明の霧観測の動作を
表すフローチャートである。

【図５】 本実施の形態３においてレーダを２つの仰角
にのみ設定して霧の観測を行う様子を表す説明図であ
る。

【図６】 本実施の形態３における霧と降雨の識別動作
を表すフローチャートである。

【図７】 本実施の形態４及び本発明における霧と降雨
の識別動作を表すフローチャートである。

【図８】 本実施の形態５及び本発明における霧観測の
様子を表す説明図である。

【図９】 本実施の形態６及び本発明における霧観測の
様子を表す説明図である。

【図１０】 本実施の形態７のマルチアンテナを用いて
霧の観測を行う場合の動作の説明図であり、本発明の気
象レーダシステムを用いて霧の観測を行う場合の動作の
説明図でもある。

【図１１】 本実施の形態８において海面からのエコー
によって降雨地域を判断し、それを用いて霧の観測を行
う場合の動作を表す説明図である。

【図１２】 図１１に示された海面からのエコーを観測
する場合の動作を表すフローチャートである。

【図１３】 実施の形態９の霧観測方法の動作を表すフ
ローチャートであり、本発明の霧観測方法の動作を表す
フローチャートでもある。

【符号の説明】

１０ 霧、１２ レーダ、１４、１８ レーダビーム、
１６ 降雨、２２ レーダ、２２ａ 低仰角アンテナ、
２２ｂ 高仰角アンテナ、３０ ４０ ５０第１ステッ
プ、３２ ４２ ５２ 第２ステップ、３４ ４４ ５
４ 第３ステップ、３６ ４６ ５６ 第４ステップ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−222135（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−122433（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−260946（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−104255（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−214007（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−234280（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14749（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−4954（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−19479（ＪＰ，Ｂ２) 特許2633802（ＪＰ，Ｂ２) 特許2572841（ＪＰ，Ｂ２) 特許2624870（ＪＰ，Ｂ２) 特許3335544（ＪＰ，Ｂ２) 特許3311663（ＪＰ，Ｂ２) 若山俊夫、臼井隆三郎、藤阪貴彦, “ミリ波気象レーダの探知距離評価”, 1997年電子情報通信学会総合大会講演論 文集 通信１，日本，社団法人電子情報 通信学会，1997年３月６日，Ｂ−２− 21，ｐ．207 松田知也、橋口浩之、渡邊伸一郎、若 山俊夫、深尾昌一郎，“ミリ波ドップラ ーレーダーを用いた大気運動の観測法の 開発”，大気圏シンポジウム，日本，宇 宙科学研究所，1998年３月４日，第13 回，ｐ．60−63 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01W 1/00 - 1/18 G01S 13/00 - 13/95 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定高度より低い地表又は海面付近の降
   雨及び霧領域を観測する第１ステップと、 上記所定高度以上の降雨領域を観測する第２ステップ
   と、 上記所定高度以上の降雨領域の観測結果から対応する上
   記所定高度よりも低い地表又は海面付近における降雨領
   域を求める第３ステップと、 上記第３のステップで求められた降雨領域に基づいて上
   記第１ステップで観測された上記降雨及び霧領域の降雨
   領域を算出し、この降雨領域以外の領域を上記降雨及び
   霧領域における霧領域として抽出する第４ステップと、 を含むことを特徴とする霧観測方法。
2. 【請求項２】 前記所定の高度は、気象条件によって定
   めることを特徴とする請求項１記載の霧観測方法。
3. 【請求項３】 気象レーダの仰角を所定の小角度に設定
   し、この気象レーダを用いて所定高度より低い地表又は
   海面付近の降雨及び霧領域を観測する第１ステップと、 上記気象レーダの仰角を上記小角度より大きい所定の大
   角度に設定し、この気象レーダを用いて上記所定高度以
   上の降雨領域を観測する第２ステップと、 上記所定高度以上の降雨領域の観測結果から対応する上
   記所定高度よりも低い地表又は海面付近における降雨領
   域を求める第３ステップと、 上記第３のステップで求められた降雨領域に基づいて上
   記第１ステップで観測された上記降雨及び霧領域の降雨
   領域を算出し、この降雨領域以外の領域を上記降雨及び
   霧領域における霧領域として抽出する第４ステップと、 を含むことを特徴とする霧観測方法。
4. 【請求項４】 前記大角度は、気象条件に基づき定める
   ことを特徴とする請求項３記載の霧観測方法。
5. 【請求項５】 前記小角度は、上記気象レーダの設置場
   所の地形状況に基づいて定めることを特徴とする請求項
   ３又は４記載の霧観測方法。
6. 【請求項６】 前記気象レーダはミリ波レーダであるこ
   とを特徴とする請求項３、４、５のいずれかに記載の霧
   観測方法。
7. 【請求項７】 仰角が所定の大角度に設定され、所定高
   度以上の降雨領域の観測をする高仰角アンテナと、 仰角が前記大角度より小さい所定の小角度に設定され、
   所定高度より低い地表又は海面付近の降雨及び霧領域を
   観測する低仰角アンテナと、 を含み、 上記所定高度以上の降雨領域の観測結果から対応する上
   記所定高度よりも低い地表又は海面付近における降雨領
   域を求め、この降雨領域に基づいて、上記低仰角アンテ
   ナが観測した上記降雨及び霧領域の降雨領域を算出し、
   この降雨領域以外の領域を上記降雨及び霧領域における
   霧領域として抽出することを特徴とする霧観測レーダシ
   ステム。
8. 【請求項８】 前記低仰角アンテナが送信する電波は、
   ミリ波帯電波であることを特徴とする請求項７記載の霧
   観測レーダシステム。
9. 【請求項９】 前記高仰角アンテナの開口面積は、前記
   低仰角アンテナの開口面積よりも小さいことを特徴とす
   る請求項７又は８記載の霧観測レーダシステム。
10. 【請求項１０】 海面付近の降雨及び霧領域を観測する
    第１ステップと、 海面上の降雨領域を観測する第２ステップと、 上記第２ステップの降雨領域の観測結果から対応する海
    面付近の降雨領域を求める第３ステップと、 上記第３のステップで求められた降雨領域に基づいて上
    記第１ステップで観測された上記降雨及び霧領域の降雨
    領域を算出し、この降雨領域以外の領域を上記降雨及び
    霧領域における霧領域として抽出する第４ステップと、 を含むことを特徴とする霧観測方法。
11. 【請求項１１】 前記第２ステップは、 海面からの反射波であって、エコー強度が強い反射波
    を、クラッタとして検出し、クラッタが検出された領域
    を降雨領域として抽出することを特徴とする請求項１０
    記載の霧観測方法。
12. 【請求項１２】 前記第２ステップは、 海面からの反射波であって、周波数のドップラ速度幅が
    大きい反射波を、前記クラッタとして検出し、クラッタ
    が検出された領域を降雨領域として抽出することを特徴
    とする請求項１０又は１１記載の霧観測方法。