リアルタイム データを使用した気象予測

気象予報士はどのようにして天候を予測しているのでしょうか？ 気象予報士は現在の天候を観測し、時間の経過に伴って天候がどう変化していくかを判断します。 包括的かつ最新の気象データにより、予測の正確さが増し、リアルタイムで更新されるデータから最適な結果が得られます。

このチュートリアルでは、リアルタイムの気象データのマップを作成します。 傾向を調査し、大気の過程を把握して、天候を予測します。 気象観測所が設置されていない地域では、決定を下すためのデータを内挿します。

このチュートリアルはリアルタイム データの入門編であり、受講生向けに気象に関する主要な概念が示されています。

このチュートリアルは、2023 年 5 月 17 日に最終テストされました。

要件

• 公開者、ファシリテーター、または管理者ロールを持つ ArcGIS 組織アカウント (ソフトウェア アクセスのオプションをご参照ください)

リアルタイム マップの作成

このチュートリアルでは、気象解析を行うために NOAA (海洋気象局) に雇用された契約業者として作業に取り組みます。 リアルタイム気象データセットのレイヤーが複数含まれているマップがあるとします。

ブックマークを調べる

まず、ArcGIS Online にサイン インして、リアルタイムの気象データを含むマップを開きます。 世界中の複数の地域で気象データを解析することを計画しているため、これらの地域にすばやく移動できるように設定されたブックマークを調べます。

1. 「ArcGIS の組織アカウント」にサイン インします。

   注意:

   組織アカウントがない場合は、ソフトウェア アクセスのオプションをご参照ください。

2. Predict weather with real-time data マップを開きます。

   注意:

   組織とユーザーの設定によっては、Map Viewer が開いている場合があります。ArcGIS Online には、マップの表示、使用、作成のための 2 つの Map Viewer があります。 利用可能で使用する Map Viewer の詳細については、こちらの「FAQ」をご参照ください。

   このチュートリアルでは Map Viewer を使用します。

3. [コンテンツ] (暗い背景の) ツールバーの [ブックマーク] をクリックします。

   

   マップには、気象データを解析する世界中の複数の地域のブックマークが含まれています。 ブックマークには、特定のマップ範囲が保存されており、クリックすると保存した範囲にすばやく移動できます。

   • 米国本土
   • 西ヨーロッパ
   • 東アジア
   • オーストラリア
   • 南東ブラジル
   • 北アフリカ
   • 米国 (南東)
   • 米国 (カリフォルニア州)
   • 米国 (コロラド州)

   

   注意:

   その他の地域にブックマークを追加することもできます。

4. [コンテンツ] ツールバーの [ブックマーク] をクリックし、[米国本土] ブックマークを選択します。

   次に、マップ上で気象データの探索を開始します。 使用可能なデータを理解すると、今後のステップで解析するのに役立ちます。

気象データの探索

マップ上には沢山のデータがあります。 解析を始める前に、作業するデータを理解しておくことが重要です。 これはリアルタイム データであるため、解析している時期や位置に応じて、状況や天気事象が異なる場合があります。 レイヤーをオンにして視覚化し、それぞれのレイヤーに含まれるデータのタイプを理解します。

1. [コンテンツ] ツールバーの [レイヤー] をクリックします。
2. [レイヤー] ウィンドウで、[GOES Satellite Imagery] レイヤーをオンにします。

   

   このレイヤーがマップ上に表示されます。 このレイヤーが衛星画像を示していることはわかりますが、その他のコンテンツがわかりません。 詳細を確認するには、レイヤーのメタデータを開きます。

   注意:

   リアルタイム データは定期的に更新されます。 レイヤーは、この画像例とは異なる場合があります。

   

3. [レイヤー] ウィンドウで [GOES Satellite Imagery] の [オプション] をクリックして、[プロパティの表示] を選択します。

   

4. [プロパティ] ウィンドウで、[情報] を展開して [GOES Satellite Imagery] ブロックをクリックします。

   

   レイヤーのメタデータが開きます。 衛星の主管機関、画像を生成するセンサー、および更新頻度 (30 分おき) に関して、詳細が記載されています。

   この画像には、人間の目に見えるものだけでなく、赤外線も表示されています。 赤外線センサーは、物体の相対的な暖かさを示すのに役立ちます。これは、雲の温度を判断するのに重要です。 この画像では、白色の雲の温度は低く、暗色の雲の温度は高くなっています。

   レイヤーは、その配下のすべてのレイヤーを完全に含んでいます。 [コンテンツ] ウィンドウでこのレイヤーの上に GOES Satellite Imagery Transparent という 2 つ目のレイヤーがあります。 これは、このレイヤーのコピーで、下のベースマップが見やすいように透過表示が適用されています。 必要に応じてレイヤーの透過バージョンと不透過バージョンを切り替えることができます。

5. メタデータを閉じて、GOES Satellite Imagery レイヤーをオフにします。
6. [レイヤー] ウィンドウで、[NEXRAD Precipitation] レイヤーをオンにします。

   

   このレイヤーのメタデータによると、このレイヤーは米国全体の NEXRAD (next-generation radar) の場所の反射率レーダー データを組み合わせて作成されています。

   これらのレーダーは、降雨に反射するレーダー波を送信することによって動作します。 レーダーの電力の反射量、信号がレーダーに返されるのに要した時間、およびレーダーの周波数の変化量に基づいて、レーダーは降雨の場所と強度を判断します。 青色または薄い緑色の地域は一般的に弱い降雨を示しますが、濃い緑色、黄色、オレンジ色、および赤色の地域は激しい降雨を示す傾向があります。

   データは米国の国境から遠く離れておらず、4 分おきに更新されます。

7. [NEXRAD Precipitation] レイヤーを非表示にして、Active Hurricanes, Cyclones, and Typhoons レイヤーごとに [レイヤーの表示] をクリックして、これらのレイヤーをオンにします。

   

8. アクティブなハリケーンが見つかるまで、マップを画面移動およびズームします。

   注意:

   このチュートリアルを受講する時期によっては、アクティブなハリケーンが存在しない場合があります。 ハリケーン シーズンは、大西洋と北東太平洋では 6 月から 11 月、北西太平洋では 4 月から 12 月、南太平洋とインド洋では 11 月から 4 月です。 アクティブなハリケーンが存在しない場合は、ハリケーン データに関連する手順をスキップできます。

   

   オレンジ色のポイントは、熱帯暴風雨の観測軌道を示しています。 黒色のポイントおよびテキストは熱帯暴風雨の予想軌道です。 グレーの領域は、予測の誤差範囲を示します。 データは NOAA によってまとめられ、ArcGIS Living Atlas にあります。 レイヤーは 15 分おきに更新されます。

   注意:

   [Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons] レイヤーのメタデータを表示するには、いずれかのレイヤーの [その他のオプション] をクリックして [アイテムの詳細の表示] を選択します。

   最後に、風速と風向に関するデータを調べます。

9. すべての [Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons] レイヤーをオフにして、[米国本土] ブックマークに移動します。
10. [コンテンツ] ツールバーの [レイヤー] をクリックします。 [レイヤー] ウィンドウで、Current Weather and Wind Station Data - Stations および Current Weather and Wind Station Data – Buoys レイヤーをオンにします。

    これらのレイヤーには全世界が含まれていますが、均一ではありません。 各矢印またはポイントは、(陸上の) 気象観測所または (水上の) 気象ブイのいずれかを表しています。 地域の方向は風向を示し、色は風速を示します。

    

    注意:

    [Current Weather and Wind Station Data - Stations] レイヤーは 1 時間ごとに METAR データから作成され、[Current Weather and Wind Station Data - Buoys] レイヤーは NOAA から提供されます。

11. [コンテンツ] ツールバーの [凡例] をクリックします。

    

    凡例は、矢印の各色が示す風速の範囲を表しています。

    

    現在、このレイヤーは風速と風向を表示するようにスタイル設定されていますが、その他にも温度や圧力のような有用な属性が複数含まれています。

12. [コンテンツ] ツールバーの [レイヤー] をクリックします。
13. [レイヤー] ウィンドウで、[Current Weather and Wind Station Data - Stations] レイヤーの [オプション] ボタンをクリックして、[テーブルの表示] をクリックします。

    

    テーブルが開きます。 テーブルには、すべてのレイヤーの属性情報が含まれます。 このテーブルには、[Air Temperature] および [Altimeter Pressure] フィールドが含まれています。

    

    これらの属性を視覚化するために、Stations レイヤーのクローンが 2 つ作成されています。

14. テーブルを閉じます。
15. [Current Weather and Wind Station Data - Stations] レイヤーと [Current Weather and Wind Station Data - Buoys] レイヤーをオフにして、[NOAA METAR Pressure] レイヤーをオンにします。

    

16. [NOAA METAR Pressure] レイヤーをクリックして選択します。 [コンテンツ] ツールバーの [凡例] をクリックします。

    高度計の気圧はミリバール単位で計測され、降水量やその他の天候の重要な予測因子となります。 低気圧は空気を上昇させ、冷却し、雨雲に凝縮させます。 高気圧は空気を下降させ、加熱します。 北半球では、空気が低気圧系で反時計回りに移動し、高気圧系で時計回りに移動する傾向があります (南半球ではこの傾向は逆になります)。 気圧は通常 1,000 ~ 1,030 ミリバールですが、データが報告されなかった観測所では 0 として表示されます。

    

17. [NOAA METAR Pressure] レイヤーを非表示にして、[NOAA METAR Temperature] レイヤーをオンにします。 [コンテンツ] ツールバーの [凡例] をクリックします。

    温度は華氏で 5 つのデータ クラスで表示されています。 このサンプル画像では、気温が緯度の影響を強く受けているように見えます (気温はそれぞれ異なります)。 少なくとも米国では、最高気温は南側で観測され、最低気温は北側で観測されます。 ただし、気温と緯度の間の相関関係は正確ではなく、同じ緯度でも州によって気温が大きく異なる場合があります。

    

    マップ上のすべてのデータを調査したので、コピーを保存して、解析を開始します。

マップのコピーの保存

リアルタイム気象データセットのレイヤーが複数あるマップを調査しました。 次に、解析作業と行った変更を保持するためにマップのコピーを保存します。

1. [コンテンツ] ツールバーで [保存して開く] をクリックして [名前を付けて保存] を選択します。

   

2. [マップの保存] ウィンドウで、次のパラメーターを入力します。
   • [タイトル] に「Real-Time Weather Map」と入力し、自分のイニシャルを付け加えて、組織内でマップ名が一意になるようにします。
   • [タグ] に、「降雨量」、「気圧」、「ハリケーン」、「風速」、および「風向」と入力し、Enter キーを押します。
   • [概要] に「このマップには NOAA のリアルタイム気象データが含まれています」と入力します。

   

3. [保存] をクリックします。

大量の気象データが含まれ、降雨量、ハリケーン、風速および風向、気圧、気温、および衛星画像を表示するマップを作成しました。 このデータは世界中のセンサーとレーダーによって自動的に更新されます。

気象の予測

これまでは、世界中の衛星、レーダー、および気象観測所から収集したリアルタイム気象データのマップを調べて保存しました。 データの収集方法と収集者について少し学びました。 次に、データの詳細な調査を行い、学習した内容を活用して時間と空間を通じた気象を予測します。

気温の調査

まず、データの傾向を調べます。 正確な気象予報は、現在起きているパターンの確認にかかっています。 まず、気温レイヤーの調査から始めます。

1. 必要に応じて、ArcGIS Online で [リアルタイム気象マップ] を開きます。

   マップが開き、米国本土の NOAA METAR 気温データが表示されます。 気温は、緯度の影響を強く受けているように見えます (気温はそれぞれ異なります)。 少なくとも米国では、最高気温は南側で観測され、最低気温は北側で観測されます。 ただし、気温と緯度の間の相関関係は正確ではなく、同じ緯度でも州によって気温が大きく異なる場合があります。

   世界中を調査して、その他にどのようなパターンがあるかを確認します。

2. [コンテンツ] (暗い背景の) ツールバーの [ブックマーク] をクリックし、[西ヨーロッパ] ブックマークをクリックします。

   西ヨーロッパの大半は、カナダおよび米国北部と同じ緯度です。 たとえば、ロンドンはバンクーバーと同じ緯度です。 米国で明らかとなった緯度の傾向は、ヨーロッパにも当てはまりますか？

   マップによって異なりますが、一般的にヨーロッパは米国の同じ緯度の場所よりも暖かいです。 この理由は何ですか？ 米国とヨーロッパを比較した場合、これ以外にも傾向が見られますか？

3. [東アジア] ブックマークに移動します。

   東アジアには、米国やヨーロッパよりもはるかに少ない気象観測所しかありません。 このデータセットは世界中をカバーしていますが、その対応範囲は一様でありません。 気象データが少ない地域の予測は、多い地域の予測よりも不正確な可能性があります。

4. [オーストラリア] ブックマークに移動します。

   オーストラリアは南半球に位置しているため、季節が北半球とは異なります。 たとえば、米国の夏はオーストラリアの冬であり、逆もまた同様です。 季節の変量は気温にどのように影響するのでしょうか？

5. 「Colorado, United States」ブックマークに移動します。
6. [コンテンツ] ツールバーの [ベースマップ] をクリックします。 [ベースマップ] ウィンドウで、[ラベル付き起伏図] を選択します。

   

   コロラド州はロッキー山脈にまたがっています。 州の西半分は山岳地帯で、東半分は平野です。 高度は気温に顕著な影響を与えるでしょうか？

7. ブックマークと画面移動およびズーム ツールを使用して、世界中を移動できます。 必要に応じて、ベースマップを変更します。 次のような質問に回答します。
   • 最もデータ量の多い地域はどこですか？ 最もデータ量の少ない地域はどこですか？
   • 観測された気温の理由として緯度が最も関連していると思われる地域を 2 つ挙げてください。
   • 今から 3 か月後に、気温が大きく異なる可能性の高い地域を 2 つ挙げてください。 今から 3 か月後も気温が同じである可能性の高い地域を 1 つ挙げてください。
   • 緯度や季節の変量では説明できない、高度が気温の原因となっている地域はありますか？
   • 海洋や大きな水域は気温にどのような影響を与える可能性がありますか？ 同じ緯度の沿岸部と内陸部で気温はどのように違いますか？
   • 自分が住む地域と周辺地域で気温はどのように違いますか？ 記録されている気温は現在の気温と一致していますか？ 一致しない場合、違いが起きている理由は何ですか？

   次に、統計情報を計算して世界各地の気温の範囲を調べます。

8. [コンテンツ] ツールバーの [レイヤー] をクリックします。 [レイヤー] ウィンドウで、[NOAA METAR Temperature] レイヤーの [オプション] をクリックしてから [テーブルの表示] をクリックします。
9. テーブルの [Air Temperature (°F)] フィールドの [オプション] をクリックし、[情報] をクリックします。

   

   [Air Temperature] フィールドの情報ウィンドウが表示されます。

10. ウィンドウを下にスクロールして、[統計情報] を表示します。

    

    ユーザーによって数値は異なりますが、気温の範囲は、世界各地の季節や緯度の変量を考えると、通常華氏 100 度以上に及びます。 次に、最も暑い地域と最も寒い地域を見つけます。

11. [Air Temperature] フィールド ウィンドウを閉じます。 テーブルの [Air Temperature] フィールドを 2 回クリックして、値を降順に並べ替えます。

    テーブルは、最高気温が最初に表示されるようにソートされています。

12. テーブルの最初の行をクリックして選択し、[選択レコードにズーム] を選択します。

    

    マップが選択した観測所に移動します。この観測所が世界で最も暑い場所です。

    • この観測所はどこにありますか？
    • この観測所が暑い理由は何ですか？ その理由は主に緯度、標高、または季節ですか？
13. [Air Temperature] フィールドをクリックして、値を昇順に並べ替えます。 最低気温に移動します。

    注意:

    行を昇順に並べ替える際、最初の数行に値がない場合があります。これは、データが最後に更新された際に観測所で気温が記録されなかったことを意味します。 最低気温が見つかるまで、テーブルを下にスクロールします。する必要があります。

    • この観測所はどこにありますか？
    • この観測所が寒い理由は何ですか？ その理由は主に緯度、標高、または季節ですか？
14. テーブルを閉じます。

風および気圧による降雨の予測

次に、降雨量と気圧のデータを詳しく調べます。 その他のデータ レイヤーと組み合わせて、近い将来に雨が降る可能性がある場所を予測します。

まず、現在の降雨量と風のパターンを比較して、近い将来に雨雲が風によって移動する可能性がある場所を確認します。 次に、気圧が降雨量に与える影響について学び、高気圧および低気圧の地域を決定します。

1. [コンテンツ] ツールバーで、ベースマップをクリックし、地形図を選択します。
2. [米国本土] ブックマークに移動します。 [レイヤー] ウィンドウで、[NOAA METAR Temperature] レイヤーをオフにし、[NEXRAD Precipitation] および [GOES Satellite Imagery Transparent] レイヤーをオンにします。

   

   • どの地域で雨が降っていますか？
   • 雨が降っている場所にはどのようなパターンが確認できますか？
   • 衛星画像の雲とレーダーが捉えた降雨はどれくらい密接に関連していますか？
3. [GOES 衛星画像 (透過表示)] レイヤーをオフにし、[GOES 衛星画像] レイヤーをオンにします。

   

   • 雲が明るい白色 (寒い) の場所と暗いグレー (暖かい) の場所のどちらで、降雨が発生する傾向がありますか？

   一般的に、暖かい雲は地表面に近く、蒸発によって水分を吸収します。 雲が上昇するにつれて温度が下がり、水蒸気が液滴に凝縮されます。 これにより雲は重くなるため、降雨の形で液体を落下させて解放します。

4. [GOES Satellite Imagery] レイヤーをオフにします。 [Current Weather and Wind Station Data - Stations] レイヤーをオンにします。
   • 風速は現在の降雨と関連性がありますか？ ある場合、どのような関連性ですか？
   • 現在の風速と風向について観察を行う 2 つの空間パターンを挙げてください。
5. 降雨の激しい地域 (濃い緑色、黄色、オレンジ色、または赤色) を拡大します。

   

   サンプル画像では、ルイジアナ州南部とミシシッピ州で激しい降雨に見舞われています。 風速フィーチャのラベルには、風速がキロメートル/時の単位で示されています。 すべての風速の矢印が同じ方向を向いているわけではありませんが、全体的な風のパターンは北と東を向いています。 この風が続くと、ルイジアナ州アレクサンドリア市で近いうちに雨が降る可能性があります。 どれぐらいの時間で雨が降りますか？

6. 現在は雨が降っていないものの、風向きに基づくと、近いうちに雨が降る可能性がある都市を探します。 [設定] (明るい背景の) ツールバー リボンの [マップ ツール] をクリックして [計測] を選択し、単位を [キロメートル] に設定します。

   

7. 降雨地域の近くにあり、探した都市を向いている風速矢印をクリックします。 次に、都市をダブルクリックします。

   

   この例の画像では、時速 17 キロメートルの風速で北東を向いた矢印が、アレクサンドリアから約 180 キロメートルの位置にあります。 この速度では、この市で雨が降るまでに 10 時間以上かかります。 さらに、この地域の他の観測所では、無風、低風速、より東向きの風が記録されています。 降雨が都市の南側をそのまま通過する可能性もあります。

   • 探した都市から降雨はどのくらい離れていますか？
   • 風速と風向を考慮した場合、降雨が都市に到達するのにどのくらいの時間がかかりますか？
   • 都市から降雨を遠ざけるような風が他に吹いていますか？
   • 総合的に、都市に雨が降る可能性はどれくらいだと言えますか？

   降雨に影響を与えるのは風だけではありません。 気圧も重要です。 低気圧は空気を上昇させ、冷却し、雨雲に凝縮させます。 高気圧は空気を下降させ、加熱します。 北半球では、空気が低気圧系で反時計回りに移動し、高気圧系で時計回りに移動する傾向があります (南半球ではこの傾向は逆になります)。

   衛星画像、降雨、風速の各レイヤーに基づいて、高気圧と低気圧の地域を予測します。

8. [計測] ウィンドウを閉じます。 [米国本土] ブックマークに移動し、[GOES Imagery Transparent] レイヤーをオンにします。
   • これまでに気圧について学習したことに基づくと、米国のどの地域で気圧が最も高いと考えられますか？ 最も低い地域はどこですか？

   [スケッチの追加] ツールを使用して、予測を記録します。

9. [設定] ツールバーで [スケッチの追加] をクリックします。

   

   [スケッチ] ウィンドウと、スケッチ ツールの垂直バーが表示されます。

10. スケッチ ツールのリストで [テキスト] オプションをクリックします。

    

11. 気圧が高いと思われる場所をクリックします。 [スケッチ] ウィンドウで、[コンテンツ] に「H」、[サイズ] に「45」と入力します。

    

    マップが更新されます。

    

    この画像の例では、ニュー メキシコ州中央部の降雨が少なく、雲の高度も低く (暗色)、(一様に時計回りにはなっているわけではないものの) 一般的に時計回りの風向きとなっているため、高気圧の可能性のある地域として選択されました。

    次に、気圧が低い地域を示します。

12. 気圧が低いと思われる地域のマップをクリックします。 [スケッチ] ウィンドウの [コンテンツ] で、テキストを [H] から [L] に変更します。

    

    サンプル画像では、ルイジアナ州が低気圧の可能性のある地域として選択されました。 降雨量が多く、雲の高度が高い (白色) だけでなく、風も周辺地域を反時計回りに移動しています。

13. さらに 2 つのマップ メモ (予測した高気圧の地域と、予測した低気圧の地域) を追加します。
14. [レイヤー] ウィンドウで、[スケッチ] レイヤーの [オプション] をクリックして [名前の変更] を選択します。 [タイトル] に「気圧の予測」と入力し、今日の日付を追加します。 [OK] をクリックします。

    次に、気圧レイヤーをオンにして、予測が正確かどうかを確認します。

15. [レイヤー] ウィンドウで、[気圧の予測] を除くすべてのレイヤーをオフにして、[NOAA METAR Pressure] レイヤーをオンにします。
16. [OK] をクリックしてから [完了] をクリックします。

    

    • 予測はどれくらい正確でしたか？
    • 予測しなかった高気圧または低気圧の地域は他にありましたか？
    • 高気圧または低気圧の地域ではないと予測したものの、実際には高気圧または低気圧になっている地域はありましたか？
    • 気圧に基づくと、近いうちに雨が降る可能性がある地域はどこですか？
17. マップを保存します。

気温での降雨の予測

これまでに、既存の降雨、風向、気圧から降雨量を予測してきました。 ただし、気温や湿度など、降雨に影響を与える要因は他にもあります。

空気中に含めることのできる水蒸気の量は、空気の温度によって異なります (高温の空気のほうが多くの水蒸気を保持できます)。 空気に最大量まで水蒸気が含まれると、飽和状態になります。 水蒸気を空気から除去するため、水蒸気は小さな水滴に液化し始めます。 この液化が降雨につながる可能性があります。 大量の水分を含んだ高温の空気が突然冷却されると、飽和が起きることがあります。

気温データには、[Dew Point Temperature] というフィールドがあります。 露点温度とは、空気を飽和状態にするために冷却する必要がある温度を表しています。 このため、露点温度は空気中の水分量を表します。 露点温度が気温に近い場合、空気の相対湿度が高く、すぐに飽和する可能性があります。 露点と気温の差が大きい場合、空気は乾燥しています。

露点と気温が近くなる地域を判断するには、スタイルを変更する Arcade 条件式を作成します。 サブレイヤーには Arcade 条件式を作成できません。このため、最初にブイではなく観測所のみを表示する元の風速および風向レイヤーの新しいバージョンを追加する必要があります。

1. [コンテンツ] ウィンドウで、[気圧の予測] および [NOAA METAR Pressure] レイヤーをオフにします。
2. [Current Weather and Wind Station Data - Stations] レイヤーの [オプション] をクリックし、[複製] をクリックします。
3. レイヤーの複製の名前を「NOAA METAR Dew Point Temperature Difference」に変更します。
4. 必要に応じて、[NOAA METAR Dew Point Temperature Difference] レイヤーをオンにした後、そのレイヤーをクリックしてアクティブにします。 [設定] ツールバーの [スタイル] をクリックします。
5. [スタイル] ウィンドウの [属性の選択] で、[Wind Speed (Km/h)] フィールドを削除します。

   

6. [条件式] をクリックします。

   Arcade 条件式を作成するウィンドウが表示されます。 作成する式はシンプルです。 気温から露点温度を引いて、2 つの値の差分を確認します。 次に、その差が華氏 4 度より大きいか小さいかを判断します。

   差が 4 未満であれば、飽和 (および降雨) が近い状態です。 差が 4 より大きい場合、飽和は起きにくい状態です。

7. 式の名前を「露点温度との差」に変更して、ボックスの外の場所をクリックします。

   

8. 展開ボタンをクリックして、サイド タブを表示します。

   

9. [プロファイル変数] をクリックした後、[$feature] の横にある矢印をクリックします。

   

10. [プロファイル変数] ウィンドウの [値] の下で、[$feature.TEMP] をクリックします (下にスクロールする必要があるかもしれません)。

    

    [$feature.TEMP] の値が [式] ボックスに追加されます。 Arcade の表記形式では、[Air Temperature] フィールドを表します。

11. 式ボックスで、[$feature.TEMP] の後に Space キーを押します。 「-」(マイナス記号) を入力して、もう一度 Space キーを押します。

    

12. [プロファイル変数] ウィンドウで、フィールドのリストをスクロールして [$feature.DEW_POINT] をクリックします。

    式で、気温から露点温度が引かれるようになりました。 次に、式を調整して、違いが 4 未満であるかどうかを判断します。

13. 式ボックスで、既存の式の前後に括弧を追加します。 式の最後で Space を押して、「< 4」と入力します。

    完全な式は、($feature.TEMP - $feature.DEW_POINT) < 4 となります。

    

14. [完了] をクリックします。

    式が保存され、この式に基づいてマップが自動的にスタイル設定されます。

    

    マップには、[false] (赤色) と [true] (青色) の 2 種類のシンボルがあります。 気温と露点温度の差が 4 より大きくなると、作成した式は false になります。 差が 4 未満の場合は true になります。 青色のポイントは飽和状態に近い地域を示しています。

    注意:

    小さい数値として 4 を選択しましたが、差が 6 度または 10 度であっても、その地域が飽和状態に達するリスクがあります。 オプションの課題として、[スタイル] ウィンドウで [露点温度との差] ボタンをクリックします。 式を変更して、差が 6 度または 10 度未満の値を探して、4 度未満の場合と結果を比較します。

    • どのようなパターンが見られるでしょうか？
    • 各式の間にはどのような差および類似点がありますか？

15. [シンボル] ウィンドウで [完了] をクリックします。 [NEXRAD 降雨量] レイヤーをオンにします。
    • 露点温度の差を表す式は、降雨量を予測する式として優れていますか？
    • オプションの課題を実施した場合 (前の手順の「注」を参照)、降雨量を予測する最も優れた式と言えるのはどの式ですか？
    • 露点温度の差に基づくと、現在雨が降っていないものの、近いうちに雨が降りそうな地域はどこですか？

    レイヤーの大半が重複してしまうため、露点温度との差と気温の両方を同時に比較するのは困難です。 2 つを比較する別の方法として、フィーチャにラベルを付与する方法があります。 露点温度との差を示すレイヤーに、各ポイントの気温をラベルで付与します。

16. [レイヤー] ウィンドウで、[NOAA METAR Dew Point Temperature Difference] レイヤーが選択されていることを確認します。 [設定] ウィンドウの [ラベル] をクリックして、[ラベルの有効化] がオンになっていることを確認します。
17. [ラベル クラスの追加] をクリックします。
18. [ラベル フィールド] で [Station Name] をクリックします。 [フィールドの置換] ウィンドウで、[Air Temperature] を選択し、[置換] をクリックします。

    ラベルには小数点以下の桁があります。 Arcade を使用して、小数点以下の桁数を 0 に変更します。

19. [Air Temperature] の横にある Arcade ボタンをクリックします。

    

20. 式の名前を「気温 (小数点以下なし)」にして、テキスト ボックスの外側をクリックします。
21. 式ボックスで、次の式を入力します (またはコピーして貼り付けます)。

    「Round($feature.TEMP, 0)」

    

    この式は、[Air Temperature] フィールドの小数点以下を丸めます。

22. [完了] をクリックします。

    小数点以下の値が、マップのラベルから削除されます。

    

    多数のポイントが密集している地域 (この例の画像では、アリゾナ州フェニックス周辺) では、一部のラベルが表示されない場合があります。 拡大すると、すべてのラベルを表示できます。

23. [フィーチャのラベル作成] ウィンドウを閉じます。 マップを調査して、次のような質問に回答します。
    • 飽和状態に近い空気の温度は高くなりますか、低くなりますか？ それとも、相関関係はありませんか？
    • 降雨は、飽和状態に近い冷たい空気の近くで発生する傾向がありますか、それとも暖かい空気の近くで発生する傾向がありますか？

ハリケーンの調査

ハリケーンは、海上で形成される傾向がある大規模な暴風雨です。 ハリケーンが上陸すると、物的被害および人命の損失を引き起こす可能性があり、強風を伴い、多くの場合は降雨と低気圧も発生します。 次に、ハリケーン レイヤーを調べ、ハリケーンと他の複数のデータ レイヤーとの間にどのような関連性があるかを確認します。

注意:

このチュートリアルを受講する時期によっては、アクティブなハリケーンが存在しない場合があります。 存在しない場合は、このセクションを省略できます。

1. [レイヤー] ウィンドウで、[NOAA METAR Dew Point Temperature Difference] および [NEXRAD Precipitation] レイヤーをオフにし、次のレイヤーをオンにします。
   • Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Forecast Position
   • Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Observed Position
   • Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Forecast Track
   • Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Observed Track
   • Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons – Forecast Error Cone
2. アクティブなハリケーンが見つかるまで、マップを操作します。

   

   サンプル画像は、マダガスカル付近にある熱帯暴風雨 Chalane を示しています。 オレンジ色の各ポイントは、暴風雨が存在していた各日に暴風雨が観測された位置を表しています。

3. [コンテンツ] ツールバーの [凡例] をクリックします。

   

4. マップ上で、任意のハリケーンの位置ポイントをクリックして、観測または予測された位置の日時など、詳しい情報が示されたポップアップを表示します。
   • [Observed Track] によると、Chalane は当初どのような暴風雨でしたか？ 時間とともに勢力は強くなりましたか、それとも弱くなりましたか？ (凡例では、シンボルは最弱 ~ 最強でランク付けされており、[Hurricane5] が最強です)。
   • [Forecast Position] によると、この暴風雨は数日以内にどのような暴風雨になりますか？ 現在よりも勢力は強くなりますか、それとも弱くなりますか？

   熱帯暴風雨 Chalane は当初、比較的弱い熱帯低気圧でしたが、次第に熱帯暴風雨になりました。 この熱帯暴風雨は数日以内に勢力を強め、やがてハリケーンになると予測されます。

5. [計測] ツールを使用して、暴風雨が 1 日に何キロメートル移動したかを計測します。
   • 暴風雨は時速何キロメートルで移動していますか？ 時間とともに加速しましたか、それとも減速しましたか？
6. [レイヤー] ウィンドウに戻ります。 [GOES Satellite Imagery Transparent] レイヤーをオンにした後、必要に応じてベースマップを [ライト グレー ベース] に変更します。

   

   このチュートリアルを受講する時期と日によっては、ハリケーンの画像が鮮明に表示されない場合があります。 この場合には、2018 年 11 月にマダガスカルの沿岸沖で発生したハリケーン Alcide のサンプル画像を使用して、次の各質問に答えてください。

   • 画像にハリケーンが確認できますか？ ハリケーンの軌道の幅と比較してどれくらい大きいですか？
   • ハリケーンの周りを覆う雲はどのような形状をしていますか？
   • このハリケーンが上陸した場合、どれくらいの面積を覆うでしょうか？
7. [米国本土] ブックマークに戻ります。 すべてのレイヤーをオフにします。

気温の内挿

これまで行ってきた気象の予測は、今後予想される気象を判断するものでした。 ただし、データが存在しない地域の現在の気象を予測することも重要な場合があります。

気温、気圧、および風速データはすべて、世界中の気象観測所から収集されたものです。 ただし、世界各地を網羅する気象観測所はありません。 どのような方法で、観測所の存在しない地域の気象を知ることができるでしょうか？ 1 つの方法は、サーフェスを内挿することです。 内挿は、既知の値との近接性に基づいて、空間全体の未知の値を推定します。 基本的に、内挿では既知のデータを使用して、未知のデータを推定します。

定義された地理領域の気温データを内挿します。その地理領域には、内挿が正確に行えると確信できる十分なデータが存在する一方、データに内挿を役立てることのできる十分なギャップが存在する必要があります。 この演習では、米国のカリフォルニア州を選択します。 まず、[States] レイヤーをフィルタリングして、カリフォルニアのみを表示します。

1. [States] レイヤーをオンにした後、[States] レイヤーをクリックしてアクティブにします。
2. [設定] ツールバーの [フィルター] をクリックします。

   

   [フィルター] ウィンドウが開きます。 [California] という名前のフィーチャのみが表示されるよう、簡単な式を作成します。

3. [フィルター] ウィンドウで、[式の追加] をクリックします。
4. 最初のドロップダウン メニューをクリックして、[STATE_NAME] を選択します。 2 番目のドロップダウン メニューはそのままにします。 3 番目のドロップダウン メニューで、[California] を選択します。

   

   式は、[STATE_NAME に等しい California] になります。

5. [保存] をクリックして、カリフォルニア州を拡大します。

   カリフォルニア州に移動します。[States] レイヤーには、カリフォルニア州のみが表示されるようになりました。

6. [NOAA METAR Temperature] レイヤーをオンにします。

   

   カリフォルニア州では、南海岸に沿った場所 (ロサンゼルスとサンディエゴが位置している) とサンフランシスコ湾の近くに多くの気象観測所があります。 一般的に、観測所の数は人口の中心に対応している傾向があります。 ただし、州の東部と北部には観測所が少ない箇所が多く存在します。 内挿を使用して、これらの地域の気温を推定できます。

7. [設定] ツールバーの [解析] をクリックします。 [解析] ウィンドウで [ツール] をクリックします。

   

8. [ツール] ウィンドウで、[パターンの解析] を展開して、[ポイントの内挿] を選択します。

   

   [ポイントの内挿] ウィンドウが表示されます。 このウィンドウに、内挿方法のオプションが表示されます。

9. [入力ポイント] で、[レイヤー] をクリックし、[NOAA METAR Temperature] レイヤーを選択します。 [内挿するフィールド] で、デフォルト フィールドをクリックして置換し、リスト内の最初の [Air Temperature] 属性を選択します。

   

   速度と精度のどちらで内挿プロセスを最適化するかを指定することもできます。 デフォルトでは、このツールでいずれかが優先されることはありません。今回はこの設定で問題ありません。 ただし、内挿がカリフォルニア州にフィルタリングされるように、オプションを変更できます。

10. [オプションのレイヤー] を展開します。 [ポリゴンのクリップ] で、[レイヤー] をクリックし、[States] を選択します。

    

    カリフォルニア州のみが表示されるようにレイヤーをフィルタリングしているため、内挿されたサーフェスも [California] にクリップされます。

11. [結果レイヤー名] で、[出力フィーチャ名] に「California Temperature Interpolation」を入力し、現在の日付を追加します。
12. [環境設定] を展開し、[処理範囲] が [全範囲 (デフォルト)] に設定されていることを確認して、[実行] をクリックします。

    

    ツールが実行され、レイヤーがマップに追加されます。 結果は、サンプル画像とは異なります。

    

    • 海への近接性と気温の間に関連性はありますか？ ある場合、どのような関連性ですか？
    • カリフォルニア州には、米国で標高が最も高い地域と最も低い地域が存在します。 気温と標高の間に関連性はありますか？ 山などの地形フィーチャを示すベースマップを使用して、質問に回答してみてください。
    • 内挿されたサーフェスは観測所の気温データとどの程度一致していますか？
    • [ポイントの内挿] ツールでは、Empirical Bayesian Kriging と呼ばれる統計的内挿手法を使用しています。 手法に関する資料に基づくと、内挿されたサーフェスの精度に関する信頼度はどれくらいですか？
    • オプションの課題として、カリフォルニア州の気圧または風速の内挿されたサーフェスを作成してみてください ([ポイントの内挿] ツールの [内挿するフィールドを選択] パラメーターを変更することで実行できます)。 結果にはどのようなパターンが見られますか？ これらのパターンと、内挿された表面温度で確認できるパターンとの違いは何ですか？
13. カリフォルニア州の北東の隅を拡大します。 必要に応じて、[レイヤー] ウィンドウで、[NOAA METAR Temperature] レイヤーを [California Temperature Interpolation] レイヤーの上にドラッグして、観測所の場所がよくわかるようにします。

    

    • この地域に存在する気象観測所の数はいくつですか？
    • サンフランシスコ湾の地域と比較して、ここで予測された表面温度の信頼度はどれくらいですか？ なぜでしょうか？
    • 内挿されたサーフェスにオレゴン州とネバダ州の気象観測所のデータが含まれていた場合、この地域の内挿されたサーフェスの精度ははるかに高まると思われますか？ 隣接する州の気象観測所を含めた場合、カリフォルニア州のどの地域で内挿されたサーフェスの精度が高まるでしょうか？
    • オプション課題として、カリフォルニア州、ネバダ州、オレゴン州、およびアリゾナ州の内挿された表面温度を作成してみてください ([States] レイヤー フィルターに式を追加することで実行できます)。 どのような違いがありますか？
14. [北アフリカ] ブックマークに移動します。
    • アルジェリアの内挿されたサーフェスを作成した場合、カリフォルニア州で作成した内挿サーフェスと比較して、信頼度はどれくらいでしょうか？
    • 内挿されたサーフェスの精度が最も高いのは、世界中のどの地域だと思われますか？ また、どの地域の精度が最も低いですか？
    • オプション課題として、アルジェリアの内挿された表面温度を作成してみてください。 内挿されたサーフェスを作成するには、どのレイヤーをマップに追加する必要がありますか？ このレイヤーは、どこで確認できますか？
15. [米国 (カリフォルニア州)] ブックマークに移動します。 [Counties] レイヤーをオンにします。
    • 郡は州の区画で、一般的にはるかに小さい地域を表します。 各郡に存在する気象観測所の数はおよそいくつですか？
    • 1 つの郡向けに作成された内挿サーフェスの信頼度はどれくらいですか？
16. [米国本土] ブックマークに移動します。 [States]、[Counties]、および [California Temperature Interpolation] レイヤーをオフにします。
17. マップを保存します。

これまでに、時間と空間を通じた気象を予測してきました。 このチュートリアルを通して、気温、降雨量、気圧、および風がどのように組み合わさって、現在の気温が発生しているのかを学習しました。 データに関する質問に回答し、統計分析を行うことで、新たな洞察を生み出しました。

このチュートリアルで学んだ多くの概念を気象関連の GIS ワークフローに適用したり、独自のワークフローを作成したりできます。 リアルタイム データを使用すると、このチュートリアルで扱わなかった質問のうち、どのような質問に回答することができるでしょうか？

他のチュートリアルについては、チュートリアル ギャラリーをご覧ください。

使用許諾

• NOAA METAR および Current weather and wind station data レイヤーは、NOAA から提供されており、ArcGIS Living Atlas of the World でホストされています。
• Active Hurricanes, Cyclones and Typhoons レイヤーは、中央太平洋、東太平洋、および大西洋に関しては NOAA のアメリカ ハリケーン センターから提供されており、西太平洋、中央太平洋、およびインド洋海盆に関しては Joint Typhoon Warning Center から提供されています。
• Countries および States レイヤーは、米国国勢調査局から取得されています。
• NEXRAD Precipitation および GOES Satellite Imagery レイヤーは、NOAA の nowCOAST OGC Map Services (WMS) から取得されています。