明日の天気を過去の似た日から合成して可視化してみよう

追記13/08/19： 本プロジェクトはSynthetic Skyとして公開しました。
追記14/01/23： iPhoneアプリを公開しました

in one word...

明日の気象予報値（気温、気圧、降水、雲量など）に一番似ている過去の時間を検索し、その時撮られたベランダからの定点観測画像を表示することで、明日の天気を分かりやすく可視化する試みです。

明日の予報を過去画像から合成して可視化する
（左端が５時、右端が21時）

概要

GWなので色々作ろう第一弾です。
最近は気象予報技術の進歩が目覚ましく、明日の天気予報ならばそこそこ信用できるようになってきています。
一方で、天気の伝え方はいつまでも進化がありません。

例えば明日の天気は「晴後曇、最高気温２１℃、最低気温１２℃、南の風やや強く」だそうですが、これだけ見ても明日の具体的なイメージは湧いてきません。

天気予報はよう分からん

• 晴れってどれぐらい、いつまで晴れるの？
• 曇りって、花見が楽しめないぐらいに曇るの？日は射さないの？
• やや強い風ってなによ

例えばこんなデバイスを使って天気予報を実感させる試みとかも以前に行ったわけですが、

もっと手っ取り早い方法として、今回は「過去の似た気象状態」の画像を合成することで明日の天気予報を分かりやすく可視化してみよう、という実験です。

方法

ステップ１：　ベランダ定点観測写真データ

うちのベランダから武蔵国分寺公園に向けて2011年4月以降、ほぼ無間欠に30秒置きに写真を撮っています。

街の長期的な変化や・・・

予期していない気象イベント（黄砂）など・・・

色々なものが撮られてきました。

これと、その時の気象データを紐づければ、

　どんな気象状況（天気、気圧、雲量・・・）の時に、

　どんな景色（空模様、木のなびき方、明るさ・・・）か、

というデータが作れるわけです。

ステップ２：　GSM全球数値予報データ

気象庁が６時間毎に発行する、地球を20kmグリッドに分け、先８４時間の１時間毎の気象状況を予報したデータです。

内容としては：

• 気温
• 気圧
• 湿度
• 雲量（低層/中層/高層）
• 雨量
• 風向き/風力

等が含まれます。

（↓こんな感じ）

このデータから、過去のベランダ写真に気象状況の数値（９次元のベクトル）を割当て、

さらに明日の気象予報値を取得します。

ステップ３：　Nearest Neighbourで似た状況を探す

次に、明日の各時刻における気象予報値（９次元のベクトル）と、それぞれ最もよく似た過去の瞬間を検索します。

いわゆるNearest Neighbour Search（最近傍探索）です。

今回は、KD木を使います。
木は時刻毎に別に作りましょう。

検索時間はベンチマークしてませんが、一瞬です。

ステップ４：　合成する

合成といっても大したことするわけじゃありません。

こうやって一時間毎に並べてみたり：

明日の予報画像

ちょっと凝った出し方をしたりします：

明日の予報画像：左から右に向けて時間の流れを表す

ちなみに、マッチングは時刻毎に行われているので、時刻によって持ってくる日が違ったりします。
冬なのに春なみの暖かい昼があったりすると、唐突に桜が咲いてたりもします。

分かりやすくなったか？

過去の日で、実際に撮影された画像と合成した画像を比べてみた

■2012/12/22　（雨のち晴れの日）

実測画像

合成：朝は雨が降ってて
夕方から日が射しつつも高層雲が
出てる感じは再現できてる

 ■2012/08/13（全日晴れの日）

実測

合成：朝は遠くに層雲が見えていて、
昼以降は気持ちのよい積雲が
ポツポツしている感じは実装とそっくり。

■2013/02/06（朝は雪の日）

実測

合成：ちゃんと雪も再現できているのが喜ばしい
（気温が低くて雨量が存在したから？）

好きな天気ジェネレータ

気象状況を入力すると、似た時の景色が観察できるツール。気象の勉強に使えますかね。

高層雲だけの日

雲たくさん、雨降ってる日

低層雲だけある日

雲たくさん、風強い

雲のない、寒めの日

まとめ

・こんなに少ない気象状況の数値をマッチングさせるだけでも、視覚的にそこそこ納得間のある景観予測ができた

・景色のどういう特徴にどういう値が効いているのかは要調査。

　雪：　雨量＋気温？（でも高層の温度までは特徴量に入れてない）

雲形：　雲量＋気圧傾度＋湿度？
・他にどういう情報を入れたらより再現性が増すだろう？
・暇を見つけてウェブサービス化しよう。

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