フェーズドアレイ気象レーダーを用いた竜巻の機構解明と三次元検出技術の開発

阐明龙卷风发生机制并开发相控阵天气雷达三维探测技术

• 批准号: 21K03666
• 负责人: 足立 透
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan, Meteorological Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03666/
• 关键词: 竜巻; フェーズドアレイレーダー; 深層学習; CNN; 気象学; 自然災害; 減災; 防災

竜巻の機構解明及び防災技術の高度化を目的として、フェーズドアレイ気象レーダーによる観測データの解析と渦の３次元検出技術の開発に取り組んだ。本年度に用いたデータは、気象研究所及び日本無線株式会社がつくば市及び千葉市でそれぞれ運用するフェーズドアレイ気象レーダーの観測データであり、2015年から2021年にかけて激しい風雨が観測された計46日間、各サイト310～340時間分のデータを対象とした。当該期間内に観測された竜巻性の突風被害事例計11件について渦検出実験を実施したところ、8件で被害域通過前からの渦の連続検出に成功した。このうちレーダーから最も遠い距離で観測された事例は、つくば市のフェーズドアレイ気象レーダーから約55kmの距離で発生した、日本版改良藤田スケールでJEF0の竜巻事例であった。遠距離における比較的に弱い竜巻という渦検出の難易度が高い事例であるにも関わらず、被害域通過の約20分前から検出することに成功し、下層の渦が強まっていく様子も克明に捉えられた。現行型レーダーを模擬した２次元渦検出と、フェーズドアレイ気象レーダーによる３次元渦検出の結果を比較したところ、検出の信頼性およびリードタイムともに、本課題で推進する後者の手法によって大幅な性能向上につながることが確かめられた。これらの結果は、当該技術が竜巻防災に極めて有用であることを示唆する。その一方で、渦の検出に失敗する事例があることも明らかになった。個別の事例解析の結果、手前にある別の降水域が観測の妨げとなる降雨減衰の効果や、乾燥大気の流入に起因すると考えられる観測データの部分的欠落、渦内外の気流構造によると考えられる渦パターンの歪みなどが、失敗の主要因であることが示された。このほか、遠距離になるとともに観測の空間分解能が低下していくことを考慮したデータ処理方法が必要であるなど、今後の開発で考慮すべき諸課題が明らかになった。

The development of mechanism analysis and disaster prevention technology in the field of environmental protection is divided into three groups: This year, the weather research institute and Japan Wireless Co., Ltd. have been using the weather measurement equipment in the cities of Koku and Chiba. From 2015 to 2021, the weather measurement equipment is 46 days and 310~340 minutes. During this period, there were 11 cases of sudden wind damage, 8 cases of continuous wind damage and 8 cases of continuous wind damage. The distance between the two cities is about 55km, and the Japanese version of Fujita is about 0 km. The difficulty of detecting the weak vortex in the long distance is high. The case of detecting the weak vortex in The results of 3-D vortex detection are compared with those of 2-D vortex detection, 3-D vortex detection and 3-D vortex detection. The method of greatly improving the performance of 3-D vortex detection is proposed. The result is that the technology is extremely useful for disaster prevention. A case of failure in one direction The results of individual case analysis, investigation of the causes of rainfall attenuation in different falling water areas, investigation of rainfall The spatial decomposition of the measurement of the distance between the two objects is necessary for the consideration of the processing method and the development of the future.

项目成果

PAWRで観測された令和元年房総半島台風に伴う境界層ストリーク

PAWR观测到的与2019年房总半岛台风相关的边界层条纹

• 发表时间: 2021
• 作者: 足立 透;益子渉
• 通讯作者: 益子渉

Development of Tornado Detection Technique with Doppler Radar using Deep Learning

利用深度学习开发多普勒雷达龙卷风检测技术

• DOI: 10.5359/jawe.47.218
• 发表时间: 2022
• 期刊: Wind Engineers, JAWE
• 作者: KUSUNOKI Kenichi;ISHITSU Naoki;ADACHI Toru;SUZUKI Osamu;ARAI Ken-ichiro;FUJIWARA Chusei;SUZUKI Hiroto
• 通讯作者: SUZUKI Hiroto

AIを用いた渦探知方法による突風に対する列車運転規制方法の開発と導入

基于人工智能涡流检测方法的列车运行阵风调控方法的开发与实施

• 发表时间: 2022
• 期刊: 日本鉄道技術協会
• 作者: 藤原 忠誠;鈴木 博人;楠 研一;足立 透; 猪上 華子;石津 尚喜;新井 健一郎
• 通讯作者: 新井 健一郎

Fine-Scale Observation of TC Tornado Using Phased Array Weather Radar in Japan

日本利用相控阵天气雷达精细观测TC龙卷风

• 发表时间: 2021
• 作者: Adachi Toru;Mashiko Wataru;Umehara Akihito
• 通讯作者: Umehara Akihito

Observations of Boundary Layer Streaks Associated with Typhoon Faxai (2019) Using Phased Array Weather Radar

使用相控阵天气雷达观测与台风 Faxai (2019) 相关的边界层条纹

• 发表时间: 2021
• 作者: Adachi Toru;Mashiko Wataru
• 通讯作者: Mashiko Wataru