特許 5950422 視程予測システム及び視程予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5950422

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】視程予測システム及び視程予測方法

(51)【国際特許分類】

   G01W 1/00 20060101AFI20160630BHJP

   G01W 1/14 20060101ALI20160630BHJP

【ＦＩ】

   G01W1/00 Z

   G01W1/14 Q

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-247901(P2014-247901)

(22)【出願日】2014年12月8日

(65)【公開番号】特開2016-109576(P2016-109576A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2015年1月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】501138231

【氏名又は名称】国立研究開発法人防災科学技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100139114

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 貞嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100139103

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 卓志

(74)【代理人】

【識別番号】100088041

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 龍吉

(74)【代理人】

【識別番号】100145920

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 威

(72)【発明者】

【氏名】根本 征樹

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 佐藤威ほか，吹雪による視程障害の予測とその検証. 2010/2011 冬期の新潟市による吹雪対策への活用事例，防災科学技術研究所主要災害調査，２０１２年 ２月，第４７号，Ｐ．１０３−１１２，ＵＲＬ，http://dil-opac.bosai.go.jp/publication/nied_natural_disaster/pdf/47/47-12.pdf

【文献】 佐藤威ほか，吹雪による視程悪化の予測とその検証，寒地技術論文・報告集，２００７年１２月，Ｖｏｌ．２３，Ｐ．７５−８０

【文献】 佐藤威ほか，吹雪とそれによる視程悪化の広域的予測について，寒地技術論文・報告，２００４年１０月，Ｖｏｌ．２０，Ｐ．３３２−３３７

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｗ １／００−１／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気象予測メッシュデータ、及び、積雪深予測メッシュデータを取得する手段と、
前記気象予測メッシュデータ、及び、前記積雪深予測メッシュデータから、雪面の状態を判定する手段と、
前記気象予測メッシュデータから、降雪強度を計算する手段と、
判定された雪面の状態および計算された降雪強度に応じて、雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択する手段と、
選択されたパラメーターと、吹雪に及ぼすガスト（風速変動に伴う瞬間的な強風）の影響とに基づいて、跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度を計算する手段と、
計算された跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度から、前記跳躍層上部の浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度を計算する手段と、
計算された浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度に基づいて、浮遊粒子による視程を計算する手段と、
を有することを特徴とする視程予測システム。

【請求項2】

気象予測メッシュデータにおける気温データに基づいて、計算された浮遊粒子による視程を補正し、補正された浮遊粒子による視程を計算する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の視程予測システム。

【請求項3】

計算された降雪強度に基づいて、降雪粒子による視程を計算する手段と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の視程予測システム。

【請求項4】

補正された浮遊粒子による視程、及び、降雪粒子による視程に基づいて、視程予測値を計算する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の視程予測システム。

【請求項5】

気象予測メッシュデータ、及び、積雪深予測メッシュデータを取得するステップと、
前記気象予測メッシュデータ、及び、前記積雪深予測メッシュデータから、雪面の状態を判定するステップと、
前記気象予測メッシュデータから、降雪強度を計算するステップと、
判定された雪面の状態および計算された降雪強度に応じて、雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択するステップと、
選択されたパラメーターと、吹雪に及ぼすガスト（風速変動に伴う瞬間的な強風）の影響とに基づいて、跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度を計算するステップと、
計算された跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度から、前記跳躍層上部の浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度を計算するステップと、
計算された浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度に基づいて、浮遊粒子による視程を計算するステップと、
を有することを特徴とする視程予測方法。

【請求項6】

気象予測メッシュデータにおける気温データに基づいて、計算された浮遊粒子による視程を補正し、補正された浮遊粒子による視程を計算するステップを有することを特徴とする請求項５に記載の視程予測方法。

【請求項7】

計算された降雪強度に基づいて、降雪粒子による視程を計算するステップと、を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の視程予測方法。

【請求項8】

補正された浮遊粒子による視程、及び、降雪粒子による視程に基づいて、視程予測値を計算するステップを有することを特徴とする請求項７に記載の視程予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吹雪に伴う視程障害の予測を行う視程予測システム及び視程予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

積雪寒冷地における吹雪に伴う視程障害は、交通事故などの要因となるため、安全走行上、可能であれば、事前に視程障害の予測情報を把握しておくことが好ましい。このような観点から、非特許文献１においては、視界不良の程度を５段階に評価し、市町村毎に色分け表示し、インターネットによって情報提供することを行っている。

【0003】

また、特許文献２（特開２００８−２４９５８１号公報）には、メッシュ化された気象データを取得する取得手段と、 取得されたメッシュ気象データから、道路画像に基づく
視認性指標のメッシュデータを作成する作成手段と、を有する広域視程情報作成装置が開示されている。

【非特許文献1】http://www2.ceri.go.jp/jpn/pdf2/panf-201307-internet.pdf#search='%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%83%8D%E3%83%83%E3%83%88%E3%81%AB%E3%82%88%E3%82%8B%E5%90%B9%E9%9B%AA%E8%A6%96%E7%95%8C%E4%BA%88%E6%B8%AC'（(独)土木研究所寒地土木研究所）

【特許文献2】特開２００８−２４９５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１において用いている技術は、吹雪が十分に発達していることを前提とした予測であり、このような従来技術は、吹雪の発達程度に依存する視程障害を的確には評価できない、といった問題があった。また、非特許文献１では、降雪の有無により吹雪の発生条件を変えているものと考えられるが、降雪が吹雪の発達に及ぼす影響を直接的には考慮していない、といった問題もある。

【0005】

また、特許文献２の技術も、予測に用いる経験式には降雪がある場合も含まれているが、降雪が吹雪の発達に及ぼす影響を直接的には考慮しておらず、さらに、積雪の有無は考慮しておらず、問題であった。

【0006】

従来技術のいずれも、気象予測メッシュデータに基づいた予測を行っているが、平均的な吹雪強度に対応する視程の予測にとどまっており、変動する吹雪によって生じる瞬間的な最低視程を予測することはできない、といった問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明は、上記のような課題を解決するものであって、本発明に係る視程予測システムは、気象予測メッシュデータ、及び、積雪深予測メッシュデータを取得する手段と、前記気象予測メッシュデータ、及び、前記積雪深予測メッシュデータから、雪面の状態を判定する手段と、前記気象予測メッシュデータから、降雪強度を計算する手段と、判定された雪面の状態および計算された降雪強度に応じて、雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択する手段と、選択されたパラメーターと、吹雪に及ぼすガスト（風速変動に伴う瞬間的な強風）の影響とに基づいて、跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度を計算する手段と、計算された跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度から、前記跳躍層上部の浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度を計算する手段と、計算された浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度に基づいて、浮遊粒子による視程を計算する手段と、を有することを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る視程予測システムは、気象予測メッシュデータにおける気温データに基づいて、計算された浮遊粒子による視程を補正し、補正された浮遊粒子による視程を計算する手段を有することを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る視程予測システムは、計算された降雪強度に基づいて、降雪粒子による視程を計算する手段と、を有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る視程予測システムは、補正された浮遊粒子による視程、及び、降雪粒子による視程に基づいて、視程予測値を計算する手段を有することを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る視程予測方法は、気象予測メッシュデータ、及び、積雪深予測メッシュデータを取得するステップと、前記気象予測メッシュデータ、及び、前記積雪深予測メッシュデータから、雪面の状態を判定するステップと、前記気象予測メッシュデータから、降雪強度を計算するステップと、判定された雪面の状態および計算された降雪強度に応じて、雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択するステップと、選択されたパラメーターと、吹雪に及ぼすガスト（風速変動に伴う瞬間的な強風）の影響とに基づいて、跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度を計算するステップと、計算された跳躍層上端における跳躍粒子による吹雪強度から、前記跳躍層上部の浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度を計算するステップと、計算された浮遊層における浮遊粒子による吹雪強度に基づいて、浮遊粒子による視程を計算するステップと、を有することを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る視程予測方法は、気象予測メッシュデータにおける気温データに基づいて、計算された浮遊粒子による視程を補正し、補正された浮遊粒子による視程を計算するステップを有することを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る視程予測方法は、計算された降雪強度に基づいて、降雪粒子による視程を計算するステップと、を有することを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る視程予測方法は、補正された浮遊粒子による視程、及び、降雪粒子による視程に基づいて、視程予測値を計算するステップを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る視程予測システム及び視程予測方法は、雪面の状態に応じて雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択するとともに、降雪が吹雪の発達に直接的に及ぼす影響を計算に入れている。これにより、本発明に係る視程予測システム及び視程予測方法は、様々な雪面状態に依存する吹雪の発達程度を考慮した視程障害の予測を可能とするものである。さらに、変動する吹雪によって生じる瞬間的な最低視程も的確に予測することを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】吹雪粒子（跳躍粒子と浮遊粒子）の挙動を説明する図である。

【図2】本発明に係る視程予測方法及び視程予測システムで用いる重要なパラメーターを説明する図である。

【図3】本発明の実施形態に係る視程予測方法に基づいて視程予測システムを実現させるコンピューターの構成の一例を示す図である。

【図4】本発明に係る視程予測システムで実行される視程予測処理のフローチャートを示す図である。

【図5】本発明に係る視程予測システムで実行される吹雪強度計算処理サブルーチン（ステップＳ１０３）のフローチャートを示す図である。

【図6】本発明に係る視程予測システムで実行される降雪／降雨判定処理サブルーチン（ステップＳ２０１）のフローチャートを示す図である。

【図7】本発明に係る視程予測システムで実行される雪面状態判定処理サブルーチンステップＳ２０２）のフローチャートを示す図である。

【図8】吹雪の発達のモデルの概念図である。

【図9】吹雪強度（飛雪流量）と高度の関係を示す図である。

【図10】吹雪強度計算処理サブルーチンのステップＳ２０７で行われる計算の概要を説明するブロック図である。

【図11】本発明に係る視程予測システムで実行される視程予測値計算処理サブルーチン（ステップＳ１０４）のフローチャートを示す図である。

【図12】本発明に係る視程予測システムによる表示データの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の実施形態に係る視程予測方法及び視程予測システムが想定している寒冷地における吹雪による視程障害発生のメカニズムや、重要なパラメーターの説明を行う。

【0018】

寒冷強風時に雪面の雪が舞い上がる現象である吹雪は、図１のように雪面近傍において吹雪粒子の跳躍運動が卓越する層(跳躍層)と、その上の浮遊運動が卓越する層(浮遊層)からなる。

【0019】

それぞれの運動をする粒子を跳躍粒子、浮遊粒子と呼ぶこともある。跳躍粒子は雪面に衝突した際に雪面を構成する雪粒子をはじき飛ばすことがあり(雪面は削剥される)、また降雪がある場合は、降雪粒子(雪片とも呼ばれる)が雪面に衝突した際に粉々に破壊され吹雪粒子になることもある。これらはいずれも吹雪の発達の原因となる。また、積雪がなくても地面が凍結している場合は、降雪粒子の破壊により吹雪が発達しうる。

【0020】

跳躍粒子が運動を停止すると吹きだまりができ、交通を阻害する。また、浮遊粒子は車両のドライバーの視界を妨げるなど、視程障害の原因となる。本発明は、後者による災害防止のための視程予測の手法に関するものである。

【0021】

ここで、跳躍層と浮遊層は独立して存在するものではなく、跳躍層の上部から浮遊層の下部はなめらかに遷移していると考えられている。すなわち、風速や気温などの気象状態、雪面の状態、降雪の状態などに依存する跳躍層の構造は、浮遊層の構造にも影響している。

【0022】

本発明に係る視程予測方法及び視程予測システムは、既往の研究成果及び発明者による研究成果を組み合わせて、様々な条件下での吹雪による視程悪化を予測するものである。

【0023】

なお、本発明に係る視程予測方法及び視程予測システムで用いた研究成果を記した参考文献のリストを後掲する。また、本明細書においては、必要に応じて、計算式などが依拠する根拠を示す参考文献を示すようにする。また、本明細書は、同リスト中の参考文献に記載された事項の内容を参照して援用するものである。

【0024】

次に、本発明に係る視程予測方法及び視程予測システムで用いる重要なパラメーターについて説明する。図２は本発明に係る視程予測方法及び視程予測システムで用いる重要なパラメーターを説明する図である。
・吹雪強度（または飛雪流量）ｑ［ｋｇ／ｍ²／ｓ］：風に直交する単位面積を単位時間
に通過する吹雪粒子の質量で、吹雪粒子密度×風速から求まる。（図２（Ａ）参照）
・吹雪量Ｑ［ｋｇ／ｍ／ｓ］：風に直交する単位幅を単位時間に通過する吹雪粒子の質量で、吹雪強度を鉛直（ｚ）方向に積分したもの。（図２（Ｂ）参照）
・吹雪粒子密度ｎ［ｋｇ／ｍ³］：単位体積中に存在する吹雪粒子（跳躍粒子または浮遊
粒子）の質量。（図２（Ｃ）参照）
・飽和吹雪量Ｑ_sat［ｋｇ／ｍ／ｓ］：ある風速の時に生じうる最も強い吹雪による吹雪
量で、既往の研究より高度１ｍの風速や摩擦速度（後述）の関数として実験式が得られている。

【0025】

次に、風速の対数分布、摩擦速度、粗度の一般的な概念について説明する。地表から高度１０ｍ程度（大気の安定度により異なる）までの範囲において、風速Ｕが高度ｚの対数に比例すると仮定（吹雪が発生するような低温・強風の気象条件の時にはこの仮定が成立する）した時、

【0026】

【数1】

【0027】

と表すことができる。（風速の対数分布）
（１）式において、ｕ_*が摩擦速度で、ｋ（＝０．４）はカルマン定数、ｚ_oは粗度である。

【0028】

次に、本発明の実施形態に係る視程予測方法を実行させるコンピューターシステムについて説明する。

【0029】

図３は本発明の実施形態に係る視程予測方法に基づいて視程予測システムを実現させるコンピューターの構成の一例を示す図である。図３において、１０はシステムバス、１１はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、１２はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、１３はＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、１４は外部情報機器との通信を司る通信制御部、１５はキーボードコントローラなどの入力制御部、１６は出力制御部、１７は外部記憶装置制御部、１８はキーボード、ポインティングデバイス、マウスなどの入力機器からなる入力部、１９は印刷装置などの出力部、２０はＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の外部記憶装置、２１はグラフィック制御部、２２はディスプレイ装置をそれぞれ示している。

【0030】

図３において、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１３内のプログラム用ＲＯＭ、或いは、大容量の外部記憶装置２０に記憶されたプログラム等に応じて、外部機器と通信することでデータを検索・取得したり、また、図形、イメージ、文字、表等が混在した出力データの処理を実行したり、更に、外部記憶装置２０に格納されているデータベースの管理を実行したり、などといった演算処理を行うものである。

【0031】

また、ＣＰＵ１１は、システムバス１０に接続される各デバイスを統括的に制御する。ＲＯＭ１３内のプログラム用ＲＯＭあるいは外部記憶装置２０には、ＣＰＵ１１の制御用の基本プログラムであるオペレーティングシステムプログラム（以下ＯＳ）等が記憶されている。また、ＲＯＭ１３あるいは外部記憶装置２０には出力データ処理等を行う際に使用される各種データが記憶されている。メインメモリーであるＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。

【0032】

入力制御部１５は、キーボードや不図示のポインティングデバイスからの入力部１８を制御する。また、出力制御部１６は、プリンタなどの出力部１９の出力制御を行う。

【0033】

外部記憶装置制御部１７は、ブートプログラム、各種のアプリケーション、フォントデータ、ユーザーファイル、編集ファイル、プリンタドライバ等を記憶するＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）や、或いはフロッピーディスク（ＦＤ）等の外部記憶装置２０へのアクセスを制御する。本発明の視程予測方法を実現するシステムプログラムは、上記のような外部記憶装置２０に記憶されている。また、グラフィック制御部２１は、ディスプレイ装置２２に表示する情報を描画処理するための構成である。

【0034】

また、通信制御部１４は、ネットワークを介して、外部機器と通信を制御するものであり、これによりシステムが必要とするデータを、インターネットやイントラネット上の外部機器が保有するデータベースから取得したり、外部機器に情報を送信したりすることができるように構成される。

【0035】

外部記憶装置２０には、ＣＰＵ１１の制御プログラムであるオペレーティングシステムプログラム（以下ＯＳ）以外に、本発明の視程予測システムをＣＰＵ１１上で動作させるシステムプログラム、及びこのシステムプログラムで用いるデータなどがインストールされ保存・記憶されている。

【0036】

本発明の視程予測方法を実現するシステムプログラムで利用されるデータとしては、基本的には外部記憶装置２０に保存されていることが想定されているが、場合によっては、これらのデータを、通信制御部１４を介してインターネットやイントラネット上の外部機器から取得するように構成することも可能である。また、本発明の視程予測方法を実現するシステムプログラムで利用されるデータを、ＵＳＢメモリやＣＤ、ＤＶＤなどの各種メディアから取得するように構成することもできる。

【0037】

次に、上記のようなシステム構成のコンピューターにより実行可能な本発明に係る視程予測方法について、以下説明する。本発明に係る視程予測システムは、様々な条件下での吹雪による視程悪化を予測し、例えば、その結果を、ディスプレイ装置２２などにより表示するものである。

【0038】

図４は、本発明に係る視程予測システムで実行される視程予測処理のフローチャートを示す図である。

【0039】

ステップＳ１００で、視程予測処理開始で処理が開始されると、まず、ステップＳ１０１では、変数ｎに１がセットされる。ここで、ｎは気象予測メッシュデータ、及び、積雪深予測メッシュデータをカウントするための変数である。また、気象予測メッシュデータ、及び、積雪深予測メッシュデータにおいて、総メッシュ数はＮであることを前提として、以下説明する。

【0040】

気象予測メッシュデータベースには、それぞれのメッシュにおける気象に係る予測データが記憶されている。本発明に係る視程予測システムでは、気象予測メッシュデータには、少なくとも、風ベクトルの２成分（高度１０ｍにおける東西成分Ｕ［ｍ／ｓ］と南北成分Ｖ［ｍ／ｓ］）、雪の混合比ｍ［ｋｇ／ｋｇ］、地上気温Ｔ［℃］（例えば、高さ１．５ｍ気温）が含まれることを想定している。

【0041】

また、積雪深予測メッシュデータベースには、それぞれのメッシュにおける積雪深Ｄ［ｍ］に係る予測データが記憶されている。

【0042】

気象予測メッシュデータベース及び積雪深予測メッシュデータベースは、外部記憶装置２０に記憶されたものを用いてもよいし、通信制御部１４からインターネット、イントラ
ネットなどを介して、取得されるものを用いてもよい。

【0043】

なお、「メッシュ」とは、網の目（格子）にデータを配置することを意味する。各メッシュは、「座標」と「データ」を有する。メッシュは、面的な情報の把握に有効な手段である。視認性の指標となる視程の値をメッシュ化することによって、広域の視程状況（視界状況）を面的に捉えることができる。

【0044】

ステップＳ１０２においては、着目するメッシュ（ｎ）に対応した気象予測メッシュデータ、及び、積雪深予測メッシュデータを取得する。

【0045】

ステップＳ１０３では、吹雪強度計算処理サブルーチンが実行され、ステップＳ１０４では、視程予測値計算処理サブルーチンが実行される。これらのサブルーチンについては、後述する。

【0046】

ステップＳ１０４における視程予測値計算処理サブルーチンが実行されると、着目メッシュ（ｎ）に対応する視程予測値を得ることができ、次のステップＳ１０５で、メッシュ（ｎ）に対応した視程予測値を外部記憶装置２０などに記憶する。

【0047】

ステップＳ１０６では、ｎ＝Ｎであるか否かが判定され、この判定がＮＯであれば、ステップＳ１０８に進み、ｎを１インクリメントし、ステップＳ１０２に戻る。一方、当該判定がＹＥＳであれば、全てのメッシュについて、視程予測値を得たことになるので、ステップＳ１０７に進み、メッシュ（ｎ）に対応して記憶された視程予測値を、例えば、ディスプレイ装置２２に表示する。なお、メッシュ（ｎ）に対応した視程予測値に基づく表示データを、通信制御部１４などを介して、インターネット、イントラネットに配信するように設定することもできる。

【0048】

図１２は本発明に係る視程予測システムによる表示データの一例を示す図である。例えば、図１２に示すように、視程予測値に基づいてメッシュを濃淡で、または色分けして表示を行う。これにより、車両ドライバーなどに視程予測を報知することがすることができ、安全に資することできる。

【0049】

ステップＳ１０９においては、視程予測処理を終了する。

【0050】

次に、以上のような本発明に係る視程予測システムにおける、より詳細な計算処理について説明する。図５は本発明に係る視程予測システムで実行される吹雪強度計算処理サブルーチン（ステップＳ１０３）のフローチャートを示す図である。

【0051】

図５において、ステップＳ２００で、吹雪強度計算処理サブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、降雪／降雨判定処理サブルーチンが実行される。図６は本発明に係る視程予測システムで実行される降雪／降雨サブルーチン（ステップＳ２０１）のフローチャートを示す図である。

【0052】

図６において、ステップＳ３００で降雪／降雨判定処理サブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ３０１では、（地上気温Ｔ）＜２℃であるか否かが判定される。

【0053】

ステップＳ３０１における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０２に進み、降雪とみなし、雪の混合比ｍを用いて以下の計算を実行する。一方、ステップＳ３０１における判定がＮＯであるときには、ステップＳ３０３に進み、降雨と見なし、ｍ＝０を用いて以下の計算を実行する。ステップＳ３０４で、元のルーチンにリターンする。

【0054】

以上のような降雪／降雨判定処理サブルーチンの意義について説明する。雪の混合比ｍは大気中に含まれる雪（降雪粒子）の割合を示すもので、１ｋｇの乾燥大気中にｍｋｇの雪を含むときに混合比はｍ［ｋｇ／ｋｇ］となる。地上気温がプラスの場合もｍ≠０となることがあるが、ここでは参考文献１を参考に地上気温が２℃以上では雪は降らず雨が降ると仮定しｍ＝０としている。

【0055】

図５に戻り、ステップＳ２０１に続いて、ステップＳ２０２では、雪面状態判定処理サブルーチンが実行される。図７は本発明に係る視程予測システムで実行される雪面状態判定処理サブルーチンステップＳ２０２）のフローチャートを示す図である。

【0056】

図７において、ステップＳ４００で、雪面状態判定処理サブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ４０１で、（積雪深Ｄ）＞０ｍであるか否かが判定される。ステップＳ４０１における判定がＹＥＳであると、ステップＳ４０２に進み、（地上気温Ｔ）＜０℃であるか否かが判定される。ステップＳ４０２における判定がＹＥＳであると、ステップＳ４０３に進み、過去３時間の積雪深Ｄの増加が３ｃｍ以上であるかが判定される。

【0057】

ステップＳ４０３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４０５に進み、軟雪として以下の計算を実行する。この場合、雪面は削剥されるものと想定している。

【0058】

一方、ステップＳ４０３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ４０６に進み、準硬雪として以下の計算を実行する。この場合、雪面はある程度削剥されるものと想定している。

【0059】

ステップＳ４０２における判定がＮＯであるときには、ステップＳ４０７に進み、硬雪として以下の計算を実行する。この場合、雪面は削剥されないものと想定している。

【0060】

ステップＳ４０１における判定がＮＯであるときには、ステップＳ４０４に進み、（地上気温Ｔ）＜０℃であるか否かが判定される。

【0061】

ステップＳ４０４における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４０８に進み、硬雪として以下の計算を実行する。この場合、地面は凍結し硬雪と同様に削剥されないものと想定している。

【0062】

ステップＳ４０４における判定がＮＯであるときには、ステップＳ４０９に進み、吹雪は発生しないものと想定する。

【0063】

以上のような雪面状態判定処理サブルーチンの意義について説明する。雪面状態判定処理サブルーチンで判定された雪面の状態に応じて、雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択するようにする。このようなパラメーターの選択については、後述する。

【0064】

跳躍粒子が雪面に衝突した際に、雪面を構成する雪粒子をはじき出すが、かなりはじき出す雪面を「軟雪」、ほとんどはじき出さない雪面を「硬雪」、その中間を「準硬雪」と区別し、それぞれに対してはじき出す過程を記述するパラメーターなどを与えている。

【0065】

本来であれば、これらの雪面の区別は、降雪後の積雪の変化を考慮して予測すべきであるが、便宜上、積雪深、地上気温、過去３時間の積雪深の増分から判別することにしている。

【0066】

なお、地上に積雪がなくても、地面が凍結している場合には降雪があれば吹雪は発生し
うるので、その場合は「硬雪」として扱っている。

【0067】

図５に戻り、ステップＳ２０３においては、風速ＷＳ［ｍ／ｓ］、風向ＷＤ［ｄｅｇ］、降雪の空間密度Ｒ［ｋｇ／ｍ³］、降雪強度Ｆ［ｍｍ／ｈｒ］、飽和吹雪量Ｑ_sat［ｋｇ／ｍ／ｓ］の計算を実行する。

【0068】

風速ＷＳはスカラー風速（風ベクトルの大きさ）のことである。風ベクトルの２成分（東西成分Ｕと南北成分Ｖ）からＷＳは（２）式によって求める。

【0069】

【数2】

【0070】

降雪粒子の空間密度Ｒ［ｋｇ／ｍ³］は１ｍ³の大気中の雪（降雪粒子）の質量である。１ｋｇの乾燥大気の体積は、その密度をρ_airとすると１／ρ_airである。気温が−１０℃の時ρ_air ＝１．３４ｋｇ／ｍ³であるから、１／ρ_air ＝１／１．３４＝０．７４６となり、Ｒは雪の混合比ｍ［ｋｇ／ｋｇ］から（３）式によって、求めることができる。

【0071】

【数3】

【0072】

降雪強度Ｆは、単位時間（通常は１時間あたり）に積もる雪の量であるが、（水換算）降雪強度Ｆはそれを融かした時の水の深さで表し、単位はｍｍ／ｈとするのが一般的である。降雪粒子の落下速度を１ｍ／ｓと仮定すると、１ｍ²に１時間に積もる雪の質量はＲ
［ｋｇ／ｍ³］×１［ｍ／ｓ］×３６００［ｓ／ｈ］＝Ｒ×３６００［ｋｇ／ｍ²／ｈ］である。水の密度ρ_w ＝１０００ｋｇ／ｍ³であるから、それを融かした時の水の深さはＲ×３６００［ｋｇ／ｍ²／ｈ］／ １０００［ｋｇ／ｍ³］＝ Ｒ×３．６［ｍ／ｈ］ ＝
Ｒ×３．６×１０００［ｍｍ／ｈ］となる。前述のＲとｍの関係を代入すると（水換算）降雪強度Ｆ［ｍｍ／ｈ］は、（４）式によって求めることができる。

【0073】

【数4】

【0074】

先に説明した風速の対数分布を仮定し、雪面の代表的粗度としてｚ０＝０．０００１ｍとすると、ｚ＝１０ｍではｋ＝０．４として、ＷＳ＝（ｕ_*／ｋ）ｌｎ（１０／０．００
０１）＝２８．７８ｕ_*であるから、摩擦速度はｕ_*は、式（５）によって求める。

【0075】

【数5】

【0076】

吹雪量と風速または摩擦速度の関係に関する既往の研究成果はかなりばらついており、飽和吹雪量Ｑ_sat［ｋｇ／ｍ／ｓ］はそれらの上限値に近いものと考え、摩擦速度ｕ_*［ｍ／ｓ］から式（６）によって求めている。（参考文献２）。

【0077】

【数6】

【0078】

続いて、ステップＳ２０４においては、跳躍粒子の跳躍距離Ｌ［ｍ］、跳躍粒子の跳躍高さｈ［ｍ］、跳躍粒子の射出率ｆ_E、降雪の堆積率ｆ_Sの計算を実行する。図８は吹雪の発達のモデルの概念図である。

【0079】

図８は、跳躍層における吹雪の発達を考慮して吹雪量を計算する方法を示したもので、個々の跳躍粒子には注目せず、その集合体を「仮想的な跳躍粒子」と考え、それが雪面に衝突する度にどの程度増大するかを射出率ｆ_Eを導入してモデル化している。また、降雪
がある場合は、それが雪面に衝突した後にどの程度留まるか（すなわち、積もるか）を堆積率ｆ_Sで表している。（１−ｆ_S）は、降雪が粉々になり跳躍粒子となって雪面に留まらない（すなわち、跳躍粒子に変わる）割合である。これらの考え方は参考文献８に示されたものを改良したものである。また、モデルでは、跳躍粒子の跳躍高度をｈ、跳躍粒子の跳躍距離をＬとしている。

【0080】

上記のような跳躍粒子の跳躍距離Ｌ［ｍ］、跳躍粒子の跳躍高さｈ［ｍ］、跳躍粒子の射出率ｆ_E、降雪の堆積率ｆ_Sを求めるためは、雪面状態判定処理サブルーチンで判定した雪面の状態が「軟雪」、「硬雪」、「準硬雪」であるかに係る情報と、先に求めた摩擦速度ｕ_*と、表１に示すテーブルとを参照することによる。なお、表１は風洞実験の結果(参考文献については最右欄)に基づき摩擦速度の関数として定式化したものである。

【0081】

【表1】

【0082】

このように、雪面の状態に応じて雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択するとともに、降雪が吹雪の発達に直接的に及ぼす影響を計算に入れている。これにより、本発明に係る視程予測システム及び視程予測方法によれば、様々な雪面状態と降雪状態に対応して吹雪の発達程度を考慮した視程障害の予測が可能となるのである
続く、ステップＳ２０５では、吹雪量Ｑの計算を実行する。ただし、吹雪量Ｑの上限値は、飽和吹雪量Ｑ_satであるものとしている。吹雪量Ｑ［ｋｇ／ｍ／ｓ］の計算は、下式
（７）による。

【0083】

【数7】

【0084】

（７）
ただし、Ｑ_i： 衝突後の吹雪量
Ｑ_i―₁：衝突前の吹雪量
である。

【0085】

（７）式の右辺の第１項は吹雪の発達に対する雪面の削剥の寄与を、第２項は降雪の寄与を表す。（７）式においてｉを０からメッシュサイズＸをＬで除した値まで１ずつ増やしながら吹雪量Ｑ_iを計算する。このようにして、メッシュ内の吹雪量の変化を計算し、
メッシュ内での吹雪量の最大値を求める（参考文献８）。ただし、（７）式の計算の途中で吹雪量Ｑ_iが摩擦速度に対応する飽和吹雪量に達したら、それ以後は吹雪の発達はない
ものとして式（７）は適用せず、飽和吹雪量をそのメッシュにおける吹雪量とする。

【0086】

続く、ステップＳ２０６においては、ガストの考慮に係る計算を実行する。ガストとは、風速変動に伴う瞬間的な強風のことである。

【0087】

一般に風の強さは時々刻々と変動している。入力とする風速の予測データは時間的・空間的に平均化されたものであり、風速の瞬間値とは異なる（天気予報で通常示される風速も同様で、特に瞬間的に強くなることを強調する時は「最大瞬間風速」として示されることがある）。

【0088】

吹雪による視程障害に対処するには瞬間的に強くなる風速に対応する吹雪状態を予測することが重要であり、ここでは、摩擦速度を１．５倍とし、吹雪量を３．５１倍として（Ｑ_satがｕ_*^3.1に比例することから、その類推として（１．５）^3.1＝３．５１倍して）瞬間最大の吹雪状態を考慮することとしている。

【0089】

すなわち、ステップＳ２０６においては、式（８）及び式（９）による置換を行う。

【0090】

【数8】

【0091】

【数9】

【0092】

続く、ステップＳ２０７においては、跳躍層の厚さｈ_salと、跳躍層上端（浮遊層下端
）における吹雪強度ｑ（ｈ_sal）・跳躍粒子密度（浮遊粒子密度）ｎ（ｈ_sal）、浮遊層内高度１．２ｍにおける浮遊粒子密度ｎ（１．２ｍ）と吹雪強度ｑ（１．２ｍ）の計算を実行する。

【0093】

以下、ステップＳ２０７で実行される計算の詳細について説明する。なお、ｚ＝１．２ｍにおける浮遊粒子密度ｎと吹雪強度ｑを計算するのは、小型自動車ドライバーの目線の高さがｚ＝１．２ｍに相当するからである。

【0094】

ここで、ステップＳ２０７で実行される計算を説明するために、図９及び図１０を援用する。図９は吹雪強度（飛雪流量）と高度の関係を示す図である。また、図１０は吹雪強度計算処理サブルーチンのステップＳ２０７で行われる計算の概要を説明するブロック図である。

【0095】

河村の式（参考文献９）を用いると跳躍層内の吹雪強度（飛雪流量）の分布ｑ（ｚ）は次式（１０）で表せる。

【0096】

【数10】

【0097】

ただし、ｈは跳躍粒子の跳躍高さ、ｑ₀は雪面における吹雪強度である（図９の点線が
（１０）式に対応する）。

【0098】

また、吹雪量Ｑは次式（１１）で与えられる。

【0099】

【数11】

【0100】

（１１）式のｈとＱは、ステップ２０６でガストの影響を考慮したもので、ｈは表１を用いて計算し直したものである。各メッシュにおける最大の吹雪量に対応するｑ₀は（１１
）式から求まる。

【0101】

跳躍層と浮遊層の境界の高さ（跳躍層の厚さ）ｈ_salは、ｈ_sal＝５ｈ（参考文献４）であるので、（１０）式からそこでの吹雪強度ｑ（ｈ_sal）が求まる。また、ｚ＝ｈ_salにおける吹雪粒子密度はその定義からｎ（ｈ_sal）＝ｑ（ｈ_sal）／ＷＳ（ｈ_sal）と表される
。

【0102】

一方、ｚ≧ｈ_salに存在する浮遊層に対しては乱流拡散理論に基づく次の塩谷の式（参
考文献１０）が適用できる。

【0103】

【数12】

【0104】

ここで、Ｗは吹雪粒子の落下速度で、参考文献１１および参考文献１２を参考に０．３ｍ／ｓと仮定している。

【0105】

以上より、小型自動車のドライバーの目線の高さであるｚ＝１．２ｍにおける吹雪粒子（浮遊粒子）密度ｎ（１．２ｍ）は、下式（１３）により求められる。

【0106】

【数13】

【0107】

となる。ｚ＝１．２ｍの風速は対数分布を仮定して、下式（１４）より求められる。

【0108】

【数14】

【0109】

ただし、ｚ₀＝０．０００１ｍ， ｋ＝０．４（カルマン定数）である。（１３）式と
（１４）式からｚ＝１．２ｍの吹雪強度ｑ（１．２ｍ）は次式（１５）で与えられる。

【0110】

【数15】

【0111】

以上の計算ステップを実行すると、ステップＳ２０８で、元のルーチンにリターンする。

【0112】

ステップＳ１０３の吹雪強度計算処理サブルーチンが実行された後には、続いて、ステップＳ１０４の視程予測値計算処理サブルーチンが実行される。以下、この視程予測値計算処理サブルーチンについて説明する。

【0113】

図１１は本発明に係る視程予測システムで実行される視程予測値計算処理サブルーチン（ステップＳ１０４）のフローチャートを示す図である。

【0114】

図１１において、ステップＳ５００で、視程予測値計算処理サブルーチンが開始されると、続く、ステップＳ５０１では、吹雪強度ｑ（１．２ｍ）＞０であるか否かが判定される。ここで、ステップＳ５０１における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５０２に進み、浮遊粒子による視程の悪化を評価する。Ｖｉｓ＿ｂｓを、浮遊粒子による視程と定義する。

【0115】

ステップＳ５０２において計算には、Ｖｉｓ＿ｂｓ［ｍ］はｑ（１．２ｍ）［ｋｇ／ｍ
²／ｓ］から下式（１６）を用いて計算される。

【0116】

【数16】

【0117】

（１６）式は、参考文献１３の図５．２５のＢｕｄｄ他・竹内他のデータから作成したものである。

【0118】

また、ステップＳ５０１における判定がＮＯであるとき（すなわち、吹雪が発生しないとき）には、ステップＳ５１０に進み、Ｖｉｓ＿ｂｓ＝５０００［ｍ］としている。

【0119】

ステップＳ５０３においては、地上気温≦１℃であるか否かが判定される。ステップＳ５０３における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５０４に進み、ステップＳ５０２で計算した視程（Ｖｉｓ＿ｂｓ）の補正計算を実行する。

【0120】

ステップＳ５０２で計算した視程（Ｖｉｓ＿ｂｓ）は、寒冷条件下での観測に基づいているため、ステップＳ５０４では、地上気温が０℃前後の野外観測により得られた視程の風速・気温依存性（参考文献１４）から決めた、表２により求められる補正係数を、ステップＳ５０２で計算した視程（Ｖｉｓ＿ｂｓ）に乗ずることにより補正する。

【0121】

【表2】

【0122】

ステップＳ５０３における判定がＮＯであるとき（すなわち、地上気温が１℃を超えるとき）には、ステップＳ５０５に進み、Ｖｉｓ＿ｂｓ＝５０００ｍとする。

【0123】

降雪があるときにおいては、降雪粒子そのものによる視程の悪化も生じる。Ｖｉｓ＿ｂｓを計算した後に、降雪粒子による視程の悪化を評価するために、ステップＳ５０６に進む。Ｖｉｓ＿ｓｆを、降雪粒子による視程と定義する。

【0124】

ステップＳ５０６では、降雪の空間密度Ｒ＞０であるか否かが判定される。ステップＳ
５０６における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５０７に進み、Ｖｉｓ＿ｓｆ［ｍ］をＲ［ｋｇ／ｍ³］から下式（１７）により計算する。

【0125】

【数17】

【0126】

（１７）は参考文献１３の図５．２３のＭｅｌｌｏｒのデータから作成したものである。

【0127】

ステップＳ５０６における判定がＮＯであるとき、すなわち、降雪がない場合（Ｒ＝０の場合）には、ステップＳ５０８に進み、Ｖｉｓ＿ｓｆ＝５０００ｍとする。

【0128】

降雪を伴う吹雪の場合は、吹雪粒子と降雪粒子がともに存在し、視程の悪化をもたらす。この場合の視程は、ステップＳ５０９で、Ｖｉｓ＿ｂｓ、Ｖｉｓ＿ｓｆのうち、小さいほうを視程予測値として採用する。

【0129】

ステップＳ５１１で、元のルーチンにリターンする。

【0130】

以上、本発明に係る視程予測システム及び視程予測方法は、雪面の状態に応じて雪面近傍の跳躍層における跳躍粒子の挙動を規定するパラメーターを選択するとともに、降雪が吹雪の発達に直接的に及ぼす影響を計算に入れているので、このような本発明に係る視程予測システム及び視程予測方法によれば、吹雪の発達程度を考慮した視程障害の予測が可能となる。また、変動する吹雪によって生じる瞬間的な最低視程の的確な予測も可能となる。
［参考文献］
1 松尾敬世（2001）：雨と雪を分けるもの．天気, 48, 33-37.
2 T. Sato, K. Kosugi and A. Sato（2004）：Development of saltation layer of drifting snow． Annals of Glaciology, 38, 35-38.
3 K. Kosugi, T. Sato and A. Sato（2004）：Dependence of drifting snow saltation
lengths on snow surface hardness．Cold Regions Science and Technology, 39, 133-139.
4 T. Sato, K. Kosugi and A. Sato（2002）：Estimation of blowing snow and related visibility distributions above snow covers with different hardness．Proceedings of the 11th International Road Weather Conference 2002 Sapporo Japan.
5 佐藤威・小杉健二（2000）：風洞実験による吹雪構造と積雪硬度の関係．寒地技術論
文・報告集，16，421-424．
6 K. Sugiura,（1998）：Experimental study of the snow-drift saltation and splash process． 北海道大学学位論文，pp.140.
7 T. Sato, K. Kosugi, S. Mochizuki and M. Nemoto（2008）：Wind speed dependences of fracture and accumulation of snowflakes on snow surface．Cold Regions Science and Technology，51，229-239.
8 佐藤威・岩本勉之・中井専人・小杉健二・根本征樹・佐藤篤司（2004）：吹雪とそれ
による視程悪化の広域的予測について．寒地技術論文・報告集，20，332-337．
9 河村龍馬（1948）：風による砂の運動．科学，18，11，24-30.
10 塩谷正雄（1953）：吹雪密度の垂直分布にたいする一考察．雪氷，15，1，6-9.
11 松沢勝・加治屋安彦・竹内 政夫（2002）：風速と降雪強度から吹雪時の視程を推定
する手法について．北海道開発土木研究所月報，No. 593, 20-27.
12 根本征樹・佐藤威・小杉健二・望月重人（2010）：吹雪の乱流拡散モデルにおける落
下速度の与え方について． 寒地技術論文・報告集，26，49-52．
13 竹内政夫（2000）：吹雪の付随現象．「基礎雪氷講座III 雪崩と吹雪」第5章，古今
書院， pp.198-200.
14 佐藤威・根本征樹・望月重人（2009）：吹雪時の視程の気温依存性について．寒地技術論文・報告集，25，37-40．

【符号の説明】

【0131】

１０・・・システムバス
１１・・・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）
１２・・・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）
１３・・・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）
１４・・・通信制御部
１５・・・入力制御部
１６・・・出力制御部
１７・・・外部記憶装置制御部
１８・・・入力部
１９・・・出力部
２０・・・外部記憶装置
２１・・・インターフェイス部
２１・・・グラフィック制御部
２２・・・ディスプレイ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】