Study on the simulation and assimilation of space-based wind lidars to improve the numerical weather prediction

• Project/Area Number: 15K05293
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Meteorology/Physical oceanography/Hydrology
• Research Institution: Japan, Meteorological Research Institute
• Principal Investigator: Okamoto Kozo 気象庁気象研究所, 台風研究部, 室長 (40584660)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石橋 俊之 気象庁気象研究所, 台風研究部, 主任研究官 (30585857) ; 石井 昌憲 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, 主任研究員 (70359107)
• Research Collaborator: BARON Philippe ; YAMASHITA Koji
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: ドップラー風ライダー(DWL) / 衛星観測 / データ同化 / 観測システムシミュレーション実験(OSSE) / エアロゾル / ドップラー風ライダー / 観測システムシミュレーシ ョン実験(OSSE) / 台風 / 観測システムシミュレーション実験（OSSE） / 衛星搭載ドップラー風ライダー / 観測システムシミュレーション実験（OSSE) / 数値予報 / 風ライダーシミュレータ / 台風進路予報

Outline of Final Research Achievements

We investigated how much future satellite-based Doppler Wind Lidar (DWL) improve the accuracy numerical weather prediction (NWP). We simulated synthetic DWL observations, developed assimilation procedure to include DWL, and revised evaluation systems.　 Assimilation experiments demonstrated that including the synthetic DWL observations improved NWP accuracy especially for Tropics with the improvement rate up to 2 %, and that quality control procedures for DWL were essential.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、衛星搭載DWLが数値予報精度の改善に有用であることを示した。これは先行研究でも示されてきたが、本研究では新たに、単純にDWLを同化するだけでは却って悪化する場合もあり、季節等に依存した品質特性の違いを反映させるなどして、精緻な品質管理処理や観測誤差設定を開発する必要があることを示した。また本研究で構築した疑似観測データの作成・評価手法は、DWLに限らず他の大規模観測システムにも応用が可能であり、今後の様々な観測システムの検討に有用な手段となりうる。

Research Products

• [Journal Article] Feasibility Study for Future Space-Borne Coherent Doppler Wind Lidar, Part 3: Impact Assessment Using Sensitivity Observing System Simulation Experiments (2018)
  • Author(s): Okamoto, K., T. Ishibashi, S. Ishii, P. Baron, K. Gamo, T. Y. Tanaka, K. Yamashita, and T. Kubota
  • Journal Title: Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II Volume: 96 Issue: 2 Pages: 179-199
  • DOI: 10.2151/jmsj.2018-024
  • NAID: 130006694324
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Feasibility Study for Future Spaceborne Coherent Doppler Wind Lidar, Part 2: Measurement Simulation Algorithms and Retrieval Error Characterization (2017)
  • Author(s): Baron, P., S. Ishii, K. Okamoto, K. Gamo, K. Mizutani, C. Takahashi, T. Itabe, T. Iwasaki, T. Kubota, T. Maki, R. Oki, S. Ochiai, D. Sakaizawa, M. Satoh, Y. Satoh, T. Y. Tanaka, and M. Yasui
  • Journal Title: Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II Volume: 95 Issue: 5 Pages: 319-342
  • DOI: 10.2151/jmsj.2017-018
  • NAID: 130007346988
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Feasibility Study for Future Space-Borne Coherent Doppler Wind Lidar, Part 1: Instrumental Overview for Global Wind Profile Observation (2017)
  • Author(s): Ishii, S., P. Baron, M. Aoki, K. Mizutani, M. Yasui, S. Ochiai, A. Sato, Y. Satoh, T. Kubota, D. Sakaizawa, R. Oki, K. Okamoto, T. Ishibashi, T. Y. Tanaka, T. T. Sekiyama, T. Maki, K. Yamashita, T. Nishizawa, M. Satoh, and T. Iwasaki
  • Journal Title: Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II Volume: 95 Issue: 5 Pages: 301-317
  • DOI: 10.2151/jmsj.2017-017
  • NAID: 130007346989
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement Performance Assessment of Future Space-Borne Doppler Wind Lidar for Numerical Weather Prediction (2016)
  • Author(s): Ishii, S., K. Okamoto, P. Baron, T. Kubota, Y. Satoh, D. Sakaizawa, T. Ishibashi, T. Y. Tanaka, K. Yamashita, S. Ochiai, K. Gamo, M. Yasui, R. Oki, M. Satoh, and T. Iwasaki
  • Journal Title: SOLA Volume: 12 Issue: 0 Pages: 55-59
  • DOI: 10.2151/sola.2016-012
  • NAID: 130005128582
  • ISSN: 1349-6476
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Evaluation of potential impacts of future Japan’s space-based Doppler Wind Lidar (DWL) on polar- and tropical-orbiting satellite in Japan (2018)
  • Author(s): Okamoto, K., T. Ishibashi, S. Ishii, P. Baron, T., K. Gamo, Y. Tanaka, T. Kubota
  • Organizer: 19th Coherent Laser Radar Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observing system simulation experiment (OSSE) for future space-based Doppler wind lidar of Japan (2018)
  • Author(s): Okamoto, K., T. Ishibashi, S. Ishii, P. Baron, T., K. Gamo, Y. Tanaka, T. Kubota
  • Organizer: EUMETSAT Meteorological Satellite Conference 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 衛星データ同化／再解析 (2018)
  • Author(s): 岡本幸三
  • Organizer: 日本気象学会2018年秋季大会シンポジウム 「未来を拓く気象観測のあり方」
  • Invited
• [Presentation] Observing system simulation experiment (OSSE) for future space-based Doppler wind lidar in Japan. (2017)
  • Author(s): Okamoto, K., T. Ishibashi, S. Ishii, P. Baron, T., K. Gamo, Y. Tanaka, T. Kubota
  • Organizer: Working Group Meeting on Space-based Lidar Winds
  • Place of Presentation: Newport News, USA
  • Year and Date: 2017-03-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 観測システムシミュレーション実験（OSSE）を用いた未来の衛星データの数値予報への影響評価 (2017)
  • Author(s): 岡本 幸三，石橋 俊之, 石井 昌憲，Philippe Baron，田中 泰宙, 蒲生 京佳，山下浩史, 久保田 拓志, 境澤大亮, 佐藤洋平
  • Organizer: 気象庁施設等機関研究報告会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2017-01-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 観測システムシミュレーション実験(OSSE)を用いた，衛星搭載風ライダー（DWL）のインパクト評価 (2017)
  • Author(s): 岡本幸三
  • Organizer: 気象学会
• [Presentation] 観測システムシミュレーション実験(OSSE)を用いた、衛星搭載風ライダー（DWL）のインパクト評価 (2017)
  • Author(s): 岡本幸三
  • Organizer: レーザセンシングシンポジウム
• [Presentation] Preliminary results of observing system simulation experiment (OSSE) for future space-based Doppler wind lidar (2017)
  • Author(s): Okamoto, K
  • Organizer: Asia Oceania Geoscience Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 将来衛星搭載風ライダーのための観測システムシミュレーション実験 (2016)
  • Author(s): 岡本 幸三, 石井 昌憲，Philippe Baron，石橋 俊之，田中 泰宙, 蒲生 京佳，久保田 拓志
  • Organizer: 第34回レーザセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 野沢
  • Year and Date: 2016-09-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observing system simulation experiment (OSSE) for future spaceborne Doppler wind lidar in Japan. (2016)
  • Author(s): Okamoto, K., S. Ishii, P. Baron, K. Gamo, T. Ishibashi, T. Tanaka and T. Kubota
  • Organizer: 13th Annual Meeting of Asia Oceania Geosciences Society
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2016-07-31
• [Presentation] Recent results from feasibility study of space-based Doppler Wind Lidar in Japan. (2016)
  • Author(s): Okamoto, K., S. Ishii, P. Baron, T. Ishibashi, T. Y. Tanaka, T. Kubota, R. Oki, K. Gamo
  • Organizer: 18th Coherent Laser Radar Conference
  • Place of Presentation: Boulder, USA
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ドップラー風ライダーによる大気風観測 (2016)
  • Author(s): 石井昌憲,岡本幸三,佐藤洋平,久保田拓司,境澤大亮,石橋俊之,田中泰宙,関山剛,眞木貴史,山下浩史,西澤智明,佐藤篤,PhilippeBaron,青木誠,水谷耕平,落合啓,沖理子,佐藤正樹,岩崎俊樹
  • Organizer: 超低高度衛星の利用に向けたワークショップ（第3回）
  • Place of Presentation: 東京都、宇宙航空研究開発機構東京事務所
  • Year and Date: 2016-02-29
  • Invited
• [Presentation] Simulation and impact study of future spaceborne Doppler wind lidar in Japan (2015)
  • Author(s): Okamoto, K., S. Ishii, P. Baron, T. Kubota, Y. Satoh, D. Sakaizawa, T. Ishibashi, T. Tanaka, K. Yamashita, S. Ochiai, K. Gamo, M. Yasui, R. Oki, M. Satoh, T. Iwasaki
  • Organizer: DWL-OSSE meeting
  • Place of Presentation: College Park, USA
  • Year and Date: 2015-12-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Feasibility study for future space-borne Doppler wind lidar (2015)
  • Author(s): Ishii, S., K.Okamoto,T.Kubota,P.Baron,A.Sato,T.Ishibashi,T.Tanaka,T.T.Sekiyama,T.Maki,K.Yamashita,D.Sakaizawa,Y.Satoh,S.Yamawaka,K.Akahane,S.Nagano,T.Umezawa,K.Mizutani,M.Yasui,S.Ochiai,T.Nishizawa,R.Oki,M.Satoh,andT.Iwasaki
  • Organizer: NOAA Working Group on Space-Based Lidar Winds
  • Place of Presentation: Miami, USA
  • Year and Date: 2015-11-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 衛星搭載ドップラー風ライダーから算出される風データの現業数値予報における利用の検討 (2015)
  • Author(s): 山下浩史, 岡本幸三
  • Organizer: 日本気象学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 京都市、京都テルサ
  • Year and Date: 2015-10-28
• [Presentation] 超低高度衛星搭載ドップラー風ライダーの実現性検討 (2015)
  • Author(s): 石井昌憲,PhilippeBaron,佐藤篤,水谷耕平,落合啓,久保田拓司,佐藤洋平,境澤大亮,沖理子,岡本幸三,石橋俊之,田中泰宙,関山剛,眞木貴史,山下浩史,西澤智明,佐藤正樹,岩崎俊樹
  • Organizer: 第59回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 鹿児島市、かごしま県民交流センター
  • Year and Date: 2015-10-09
• [Presentation] 超低高度衛星搭載ドップラー風ライダーによる風観測 (2015)
  • Author(s): 石井昌憲,PhilippeBaron,水谷耕平,落合啓,境澤大亮,久保田拓司,沖理子,佐藤篤,岡本幸三,石橋俊之,田中泰宙,関山剛,眞木貴史,山下浩史,西澤智明,佐藤正樹,岩崎俊樹
  • Organizer: 第33回レーザセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都、大田区産業プラザPIOコンベンションホール
  • Year and Date: 2015-09-11
• [Presentation] 衛星搭載風ライダーを用いた気象予測の改善 (2015)
  • Author(s): *岡本幸三, 石井昌憲, 石橋俊之, 田中泰宙, Philippe Baron, 久保田拓志, 境澤大亮, 佐藤洋平, 蒲生京佳
  • Organizer: 次世代安心・安全ICTフォーラム 災害対策技術講演会2015
  • Place of Presentation: 東京都、情報通信研究機構国際会議室
  • Year and Date: 2015-06-17
  • Invited
• [Presentation] Conceptual idea for future space-borne Doppler Wind Lidar (2015)
  • Author(s): S.Ishii,K.Okamoto,Y.Satoh,A.Satod,P.Baron,T.Kubota,D.Sakaizawa,T.Ishibashi,T.Tanaka,T.Nisizawa,M.Yasui,K.Mizutani,S.Ochiai,S.Yamawaka,R.Oki,M.Satoh,andT.Iwasak
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 千葉市、幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2015-05-17
  • Int'l Joint Research