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地デジ放送波を使った水蒸気量推定手法の試験観測を板橋区でスタート

~都心の多数のビルを反射体として、ピコ秒の精度で計測~

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2018年1月31日

国立研究開発法人情報通信研究機構

ポイント

    • 東京都板橋区でNICTが開発した地デジ放送波を使った水蒸気量推定手法の試験観測を開始
    • 伝搬遅延量をピコ秒の精度で計測し、地表付近の水蒸気の分布を高解像度で観測
    • NICT地デジ放送波利用の水蒸気観測技術が自治体と協定を結んで実施されるのは全国初

NICTは、東京都板橋区(区長: 坂本 健)と豪雨予測技術に関する研究開発における協力に関する協定を締結し、地上デジタル放送波が送信所から各家庭まで空中を伝わるときに大気中に存在する水蒸気の影響で発生する、わずかな遅延をピコ秒精度(ピコは、1兆分の1)で精密に測定することで、大気中の水蒸気量を推定する技術の実証を目的とした試験観測を開始します。大気中の水蒸気は凝結して雲粒になり、大きく成長し雨粒になると、雨となって地上に落ちてきます。この水蒸気の分布を正確に知ることが天気予報の改善につながり、降る場所と時間の予測が困難なゲリラ豪雨の予測精度の向上が期待できます。NICT がこの地デジ放送波による水蒸気観測技術に関して、自治体との協定を結び、試験観測を開始するのは板橋区が全国初になります。
本試験観測は、内閣府総合科学技術・イノベーション会議の戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)「レジリエントな防災・減災機能の強化」の一環として行われます。

背景

NICTでは、ゲリラ豪雨など局所的で激しい気象現象に対する防災・減災を目指し、フェーズドアレイ気象レーダなど雨を観測する技術の研究開発を進めています。一方、雨の源である水蒸気量(レーダでは見えない気体の状態の水)は気象予測に重要であり、この分布を把握することが早期予報の精度向上には必要で、新しい観測法として、地デジ放送波の遅延プロファイルの位相から電波の伝搬遅延を求め、地表付近の水蒸気量を推定する方法を開発しました(2017年3月9日プレスリリース)。この方法の実用化には、地デジ放送波の反射体の分布が異なる状況下での実証実験を行う必要がありました。

今回の試験観測

試験観測の方法は、図1に示すように、板橋区役所の屋上に地デジ放送波受信装置(図2)を設置し、東京スカイツリーから放送されている地上デジタル放送波を受信します。受信には、東京スカイツリー方向に向けたアンテナに加えて、その反対方向に向けた別のアンテナを利用し、板橋区内の大きな建物からの反射波を受信することで、板橋区上空の水蒸気量を推定します。

図1 試験観測のイメージ
図1 試験観測のイメージ
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推定された板橋区上空での水蒸気量は、板橋区内の3地点に設置された移動式地上降水観測システム(図3)で測定される気温・湿度・気圧の情報と比較してその品質を検証します。板橋区役所屋上からは東京スカイツリーと反対方向に多数のビルが存在し、NICT本部(小金井市)での試験観測時よりも水蒸気量分布の解像度の向上が期待できます。
なお、上記の移動式地上降水観測システムで得られる雨量に関するデータは板橋区に提供され、ゲリラ豪雨対策などの防災目的に利用されます。また、同時に埼玉大学に設置された新型の気象レーダ「マルチパラメータ・フェーズドアレイ気象レーダ」(図4)の品質評価にも利用される予定です。図5に地デジ放送波受信装置設置予定の板橋区役所と、移動式地上降水観測システムが設置予定の3地点を示し、積乱雲の発生から発達期の過程の観測を行います。

 

図2 地デジ放送波受信装置
図2 地デジ放送波受信装置
図3 移動式地上降水観測システム
図3 移動式地上降水観測システム
図4 マルチパラメータ・フェーズドアレイ気象レーダ(MP-PAWR)(埼玉大学設置)
図4 マルチパラメータ・フェーズドアレイ気象レーダ(MP-PAWR)(埼玉大学設置)

図5 板橋区役所と移動式地上降水観測システムが設置される地点(3点)(国土地理院地図のデータに板橋区役所、 移動式地上降水観測システムの設置点の位置を重ねて作成)
図5 板橋区役所と移動式地上降水観測システムが設置される地点(3点)(国土地理院地図のデータに板橋区役所、 移動式地上降水観測システムの設置点の位置を重ねて作成)
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今後の展望

推定された水蒸気量分布のデータは気象数値予測モデルのデータ同化に利用されます。気象数値予測の精度向上が実現できれば、ゲリラ豪雨による大雨予測、突風・強風予測の向上が実現し、防災・減災や日常生活の利便性の向上につながります。



補足資料

図6 観測実験の配置図と水蒸気量推定エリア
図6 観測実験の配置図と水蒸気量推定エリア
1、2、3の位置関係と観測結果
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【概要】
地上デジタル放送波に含まれている映像・音声信号以外の基準信号(SP信号)を利用し、遅延プロファイルを求め、送信局から直接伝わる波(直達波)と周囲の反射体から反射され伝わる波(反射波)を時間的に分離します。両者の位相の差を取ることで、放送局や受信側の局部発振器の位相雑音の影響を取り除き、ピコ秒レベルの精密な遅延量の測定を実現し、わずかな伝搬遅延から大気中の水蒸気量を推定します。
図6に東京スカイツリーから直接到来する電波と、後方の3つの反射体からの反射波を同時にNICT本部(東京都小金井市)で受信し、3つのエリアの水蒸気量を推定した観測結果を示します。上の2つの図が、反射体と測定点の位置関係及び水蒸気量推定エリアを示しています。下の3つの図が、2016年3月16日~21日の観測例で、伝搬遅延、湿度、水蒸気量を表しており、各線の色がエリア1~3の色に対応しています。黒線と紫線は地上気象観測から得られた測定値で、地デジ放送波による観測結果がこれらとよく一致し、かつ、より細かい時間変動をとらえていることが分かります。

【概要】
偏波を使うことで降水強度を高精度に観測可能なマルチパラメータレーダと、高時間・高空間解像度で3次元降雨分布の観測可能なフェーズドアレイ気象レーダの双方の特長を備え、長期にわたる降雨の連続観測も可能な世界初の実用型「マルチパラメータ・フェーズドアレイ気象レーダ(MP-PAWR)」を開発し、埼玉大学に設置されました。MP-PAWRでは、降雨量の観測精度が格段に向上するため、ゲリラ豪雨等の正確な早期探知にも大きな威力を発揮することが期待され、SIP「レジリエントな防災・減災機能の強化」の課題②豪雨竜巻予測技術において、MP-PAWRを中心にした豪雨や竜巻、浸水などの早期予測の首都圏実証試験が実施されます。

図7 SIP「レジリエントな防災・減災機能の強化」課題②豪雨竜巻予測技術の首都圏実証試験
図7 SIP「レジリエントな防災・減災機能の強化」課題②豪雨竜巻予測技術の首都圏実証試験
(国土地理院の地図のデータにMP-PAWRの位置と観測範囲を重ねて作成)

「地デジ放送波を使った水蒸気量推定手法」の紹介動画
(「NICT紹介ビデオ(18分版)」 2分29秒から3分20秒の箇所で本手法に関して紹介)



本件に関する問い合わせ先

国立研究開発法人情報通信研究機構             
電磁波研究所
リモートセンシング研究室

花土 弘
Tel: 042-327-6045
E-mail:

東京都板橋区

危機管理室防災危機管理課長 川口
Tel: 03-3579-2112

広報

国立研究開発法人情報通信研究機構
広報部 報道室

廣田 幸子
Tel: 042-327-6923
Fax: 042-327-7587
E-mail: