JP3472832B2 - 山岳域の降雨強度推定方法及びシステム - Google Patents
山岳域の降雨強度推定方法及びシステムInfo
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Description
レーダを利用して、山岳域における降雨強度を推定する
方法及びシステムに関する。
握は、洪水解析や水資源賦存量の推定において極めて重
要である。しかし現状では、地上の降雨観測網が高度に
整備された領域においても、山岳域における降雨観測
は、谷筋の限られた場所に設置された地上雨量計による
点観測か、レーダビームが山頂はるか数km上空を通る
地上設置降雨レーダによる面観測が精一杯である。その
ため、山岳域の降雨の空間分布を把握することは非常に
困難である。
岳域の降雨の空間分布を把握して、降雨量分布を推定す
る方法、及び、その方法を実施するシステムを提供する
ことを目的とする。
に、本発明の山岳域の降雨量分布推定方法及びシステム
は、次の構成を備える。すなわち、本発明システムは、
衛星に搭載されたレーダによって降雨の鉛直分布を測定
する降雨鉛直分布測定手段と、高度Hの1次関数;R
(H)=a・H+bとして推定される降雨強度Rを出力
する降雨強度出力手段と、その降雨強度の推定式におけ
るパラメーターa,bを、降雨鉛直分布測定手段によっ
て得られた測定値を用いて、回帰分析により同定するパ
ラメーター求値演算手段とを備える。これによって、降
雨強度Rを高度Hの1次関数;R(H)=a・H+bと
して推定するに当たり、そのパラメーターa,bを、衛
星に搭載されたレーダによって得られた降雨の鉛直分布
を用いて、回帰分析により同定する。
を用いて、回帰分析を行ない、推定式の精度に寄与させ
てもよい。
衛星に搭載された降雨レーダが有用である。
する。降雨レーダを搭載したTRMM/PRを用いて、
地上設置降雨レーダによるTRMM/PRデータの検証
を行うと共に、降雨の空間分布の把握が非常に困難であ
る山岳域の降雨構造を明らかにし、地上レーダによる山
岳地域の地上雨量推定手法を開発した。山岳性豪雨で有
名な紀伊半島の大台ヶ原の2地点に光学式雨量計を設置
し、TRMM/PRの間欠的な観測を補うためにも連続
観測を実施した。更に、地上設置降雨レーダとTRMM
/PRで観測されたデータを解析することにより相互検
証を行った。地上設置降雨レーダとしては、地上観測を
実施した大台ケ原周辺を観測領域とする降雨の3次元観
測が可能な国土交通省深山レーダ雨量計を用いた。
教会横:N34°10’46.5”,E136°05’
55.5”,標高1639m)、D(大台ケ原中腹のド
ライブイン横:N34°13’43.9”,E136°
01’00.3”,標高1080m)に、光学式雨量計
(1分間強度計)を設置し、連続的に地上降雨観測を実施
した。なお、山頂付近のポイントCは、雲底より上層で
あり、中腹付近のポイントDは、雲底より下層に位置す
る頻度が高い。同観測地点には、転倒桝式雨量計、霧観
測装置、気温・湿度計による同時観測を実施していて、
様々なキャリブレーションが行えると共に、雲底より上
に位置するか、下に位置するかの特定も可能である。
式雨量計は、パソコンによりデータを収集するシステム
なので、停電によりパソコンの電源部が故障しデータの
欠測が生じるのを防止するために、電源を利用しないロ
ガーによるデータ収集システムを開発した。
光学式雨量計の精度評価を、転倒桝式雨量計(10分雨
量)を用いて行った。なお、光学式雨量計は、1分降雨
強度が観測されるが、転倒桝式雨量計と比較するために
10分雨量に換算して比較を行った。その結果、誤差
は、1.0mm以下であり、瞬時に観測されるTRMM
/PRの降雨量の地上検証として用いる雨量としては、
1分間降雨強度が観測可能である光学式雨量計が有効と
いえる。
着目すると、山頂付近の降雨量であるポイントCに設置
した転倒桝式雨量計の雨量が、中腹のポイントDに設置
した転倒桝式雨量計の雨量に比べて大きいことがわかっ
た。これは、両観測地点を包含するような規模のいくつ
かの降雨システムが観測域を通過するとき、中腹より山
頂に系統的に強い降雨がもたらされていると考えられ
る。
MM/PRデータの検証を行った。TRMM/PRで観
測された高度2kmにおける降雨減衰補正後のレーダ反
射因子の水平分布を、TRMM衛星が飛来した時刻を含
む深山レーダ雨量計の仰角固定モードで観測されたレー
ダ反射因子の水平分布と比較した。それによると、大台
ケ原周辺での降雨は、レーダ反射因子の値が非常に強
く、その領域が狭いので、対流性降雨と考えられる。台
風などの場合にレーダ反射因子が非常に大きくなるの
で、山地部にあたることから、従来は、グランドクラッ
タの影響ではないかと推測されていた。しかし今回、T
RMM/PRで観測されたレーダ反射因子の水平分布に
おいても、大台ケ原周辺で非常に大きな値になっている
ので、グランドクラッタの影響でないことが明らかとな
った。このようにTRMM/PRによって上空から降雨
を観測することの有効性が示されたと同時に、地上設置
降雨レーダの有効性についても示すことができた。
測された高度2kmにおける降雨減衰補正後のレーダ反
射因子の水平分布を、TRMM衛星が飛来した時刻を含
む深山レーダ雨量計の仰角固定モードで観測されたレー
ダ反射因子の水平分布と比較した。それによると、地上
観測を実施している大台ケ原周辺での降雨は、レーダ反
射因子の値が小さく、その領域が広がっているので、層
状性降雨と考えられる。
ーダ反射因子と、深山レーダ雨量計の仰角固定モードで
観測されたレーダ反射因子の水平分布を比較すると、全
ての期間で定性的にはほぼ一致し、限られた観測範囲内
ではあるが、TRMM/PRは降雨の水平分布の把握に
も有効であるといえる。
ダ雨量計を用いて、TRMM/PRの3次元データの検
証を行った。ポイントCとDの2地点の上空のTRMM
/PRと、深山レーダ雨量計で観測されたレーダ反射因
子の鉛直分布の比較を行った。TRMM/PRの鉛直方
向空間分解能は250mである。深山レーダ雨量計は、
レーダビーム中心高度でのレーダ反射因子の値を用い
た。
と、深山レーダ雨量計のレーダ反射因子の鉛直分布を比
較した。それによると、ポイントDでは、深山レーダ雨
量計で観測されたレーダ反射因子が、TRMM/PRよ
り5dBZ程度大きくなっているが、鉛直分布の変化は
よく一致していた。一方、ポイントCでは、深山レーダ
雨量計の方が、TRMM/PRのレーダ反射因子より1
0dBZ程度大きくなっているが、ほぼ一致している。
TRMM/PRの鉛直分布は、連続的に変化していて、
実際の構造もこのようになっていたと推測される。これ
から、TRMM/PRは、詳細な降雨の鉛直構造を把握
するのに有効であることがわかる。
おけるTRMM/PRと、深山レーダ雨量計のレーダ反
射因子の鉛直分布を比較した。それぞれの地点上空にお
いて、TRMM/PRと深山レーダ雨量計のレーダ反射
因子は一致していた。更に、高度4km前後で、レーダ
反射因子が大きくなっていて、TRMM/PRでも層状
性降雨の特徴であるブライトバンドが正確に観測され
た。
の観測範囲内全領域におけるレーダ反射因子を、高度別
に比較した。なお、TRMM/PRの水平分解能は約4
kmで、深山レーダ雨量計データの水平分解能は約1.
5mである。それによると、高度が高くなるほど、TR
MM/PRと深山レーダ雨量計のレーダ反射因子の対応
が良くなっていた。これは、山岳域においては、グラン
ドクラッターの影響を受けるために、高度が高いほどグ
ランドクラッタの影響を受けなくなるためと考えられ
る。
地上設置降雨レーダでは観測が困難な山岳域における降
雨の鉛直構造解析を行った。ポイントCとDの2地点を
含む降雨強度の鉛直分布によると、北緯34.10度、
東経136.15度付近に、非常に強い対流性の降雨が
観測された。この地点は、大台ケ原の南東斜面に位置
し、尾鷲市の沖から湿った空気が南東斜面に沿って一気
に上昇し、大気が不安定な状態になり降雨が発生する典
型的な地形性の降雨である。一方、ポイントCとDの地
点では、10〜20mm/h程度の降雨強度の層状性の
降雨が観測された。また、ポイントCとポイントCに隣
接する8地点の降雨強度の鉛直分布によると、高度4k
m付近にブライトバンドが存在し、ブライトバンド高度
以下の領域において降雨強度に差はあるが、全ての地点
で降雨強度の鉛直分布には高度依存性があり、降雨強度
と高度の間には線形関係が成立していることがわかっ
た。
度と高度の間に線形関係が認められた。特に、ブライト
バンド高度以下のデータでは、その傾向が著しかった。
今回行った山岳域での降雨の鉛直構造解析は、TRMM
/PRデータを利用することにより初めて可能となった
ものである。解析対象領域である大台ケ原山頂付近は、
地上設置降雨レーダの最低ビーム仰角を用いてもビーム
高度が3km以上となり、山岳域における山腹斜面付近
の降雨の構造解析は非常に困難であった。 山地による
遮蔽や地上設置レーダサイトから遠ざかるとビーム高度
が高くなるような観測制限がある領域における降雨構造
解析に、TRMM/PRは非常に有効である。
降雨の鉛直構造解析より、特にブライトバンド高度以下
の領域において、降雨強度の鉛直分布には高度依存性が
あり、降雨強度と高度の間には線形関係が成立している
ことが明らかになった。そこで、降雨強度Rを高度Hの
1次関数; R(H)=a・H+b ……(1) で表されると仮定し、TRMM/PRで観測された降雨
強度の鉛直分布を用いて式(1)のパラメータa,bを
回帰分析により同定する。
は、ブライトバンド領域のデータも用いてパラメータを
同定する場合と、もう1つは、ブライトバンド高度以下
のデータを用いてパラメータ同定する場合である。次
に、回帰分析による同定される式(1)を用いて地上に
おける降雨強度を推定し、地上観測で得られた降雨強度
と比較することにより、降雨強度の推定精度の評価を行
った。
地上観測降雨強度が22.70mm/hに対して、ブラ
イトバンド領域のデータも用いた場合が19.02mm
/h、ブライトバンド高度以下のデータを用いた場合が
23.11mm/hであった。事例2によると、地上観
測降雨強度が1.03mm/hに対して、ブライトバン
ド領域のデータも用いた場合が1.31mm/h、ブラ
イトバンド高度以下のデータを用いた場合が1.12m
m/hであった。
形関係があり、式(1)に示すように各高度における降
雨強度は、高度の一次関数で現すことができることが明
らかになった。特に、その線形関係は、ブライトバンド
高度以下の領域において顕著である。
って、次の効果を奏する。請求項1に記載の山岳域の降
雨強度推定方法、または、請求項4に記載のシステムに
よると、降雨強度Rを、高度Hの単純な関数として推定
することができるので、洪水解析や水資源賦存量等の推
定に有益である。
法によると、ブライトバンド高度以下のデータを用いて
回帰分析を行なうので、推定式の精度が向上する。
法によると、TRMM/PR衛星に搭載された降雨レー
ダを利用するので、簡易にデータ収集することができ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】山岳域の降雨強度を推定する方法であっ
て、 降雨強度Rを高度Hの1次関数; R(H)=a・H+b として推定するに当たり、 そのパラメーターa,bを、 衛星に搭載されたレーダによって得られた降雨の鉛直分
布を用いて、回帰分析により同定することを特徴とする
山岳域の降雨強度推定方法。 - 【請求項2】回帰分析が、 ブライトバンド高度以下のデータを用いて行われる請求
項1に記載の山岳域の降雨強度推定方法。 - 【請求項3】レーダが、 TRMM/PR衛星に搭載された降雨レーダである請求
項1または2に記載の山岳域の降雨強度推定方法。 - 【請求項4】山岳域の降雨強度を推定するシステムであ
って、 衛星に搭載されたレーダによって降雨の鉛直分布を測定
する降雨鉛直分布測定手段と、 高度Hの1次関数; R(H)=a・H+b として推定される降雨強度Rを出力する降雨強度出力手
段と、 その降雨強度の推定式におけるパラメーターa,bを、 降雨鉛直分布測定手段によって得られた測定値を用い
て、回帰分析により同定するパラメーター求値演算手段
とを備えたことを特徴とする山岳域の降雨強度推定シス
テム。
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