Development of a sequential/non-sequential hybrid-type data assimilation method
Project/Area Number |
20K21785
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
長尾 大道 東京大学, 地震研究所, 准教授 (80435833)
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Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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Keywords | データ同化 / 4次元変分法 / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / レプリカ交換モンテカルロ法 / 地震波伝播 / 不確実性評価 / 粒子フィルタ / Ginzburg-Landau方程式 / フェーズフィールドモデル |
Outline of Research at the Start |
理論に基づくモデルと、観測・実験に基づくデータを比較することが、対象の特性の把握や予測をする上で極めて重要であることは論をまたない。今日の大規模モデル・大容量データ時代において、両者の融合という必然的な要請に応える計算技術が「データ同化」である。データ同化は逐次型と非逐次型とに大別され、前者は大規模モデルに適しているが実装の手間が大きく、後者は実装は容易だが中・小規模モデルにしか適さない。そこで本研究では、現実的な計算時間と計算機資源で実行可能な、逐次・非逐次融合型データ同化手法の開発に挑戦する。また、結晶成長モデルおよび地震波動伝播モデルへ実装することにより、その性能を評価する。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題において非逐次データ同化手法として採用する4次元変分法(Ito, Nagao et al.,2016)は、所与の数値シミュレーションモデルと対をなすアジョイントモデルならびに2階アジョイントモデルと呼ばれる方程式群の数値積分結果を用いて事後分布を評価することにより、高速かつ高効率な不確実性評価付きの最適化を可能にする計算技術である。本手法は、地震波動場シミュレーションモデルを含む自励系時間発展モデルであれば適用可能であるが、同モデルは数値計算不安定性を回避するために時空間格子を稠密にすることが要求され、フォワード計算1回あたりの計算量が非常に大きくなる。そのため、既存の4次元変分法の単純な適用は、計算量的に非現実的であることを2021年度までに示してきた。 これを解決するため、2022年度は4次元変分法に基づく大規模地震波動場データ同化における不確実性評価の高速化に焦点を当て、その解決を試みた。具体的には、不確実性評価アルゴリズムを高速化する方法として、4次元変分法に乱択アルゴリズムによる前処理を考案した。これは、本研究課題の主題である逐次・非逐次融合型データ同化手法に該当するものである。この前処理手法は、既存のアルゴリズム構造を逸脱することなく全体の高速化を実現できる上、前処理自体の計算量は全体の計算量に比べて十分小さく抑えることができる手法となっている。本提案手法を、不均質な速度構造を持つ1次元媒質内における波動方程式に適用し、その不確実性評価について前処理がない既存方法と比較したところ、計算時間を10%以下に抑えることが可能であることを確認した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題の当初計画では、研究代表者が雇用している研究員に、地震波伝播シミュレーションコードへのデータ同化手法の実装を依頼することになっていたが、本人の都合により、2021年度の上半期に退職した。 2022年度は、新たな研究協力者を確保することによって地震波伝播シミュレーションコードの高速化を検討し、またこの高速化作業の一部を役務として外注することにより、本研究計画を継続的に実施することはできたものの、予定していたスケジュールからは1年以上遅れることとなった。
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Strategy for Future Research Activity |
2023年度より、極めて著名なベテランの地震学の専門家1名を、本研究課題に従事する研究員として雇用することとなった。当該の研究員からの助言を得ることにより、本研究計画を効率的に推進できることが期待される。
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Report
(3 results)
Research Products
(52 results)