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高頻度高密度観測データ活用のための多重スケールを考慮した変分法データ同化の確立

Research Project

Project/Area Number 21K03667
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
Research InstitutionJapan, Meteorological Research Institute

Principal Investigator

藤田 匡  気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 併任(第四研究室) (50847283)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsデータ同化 / 流れに依存する背景誤差 / 多重スケール / 高頻度高密度観測 / ドップラー速度 / 衛星大気追跡風 / 観測誤差相関 / ウェーブレット / ハイブリッド四次元変分法 / 変分法
Outline of Research at the Start

激しい気象現象においては、局地的に集中した現象そのものの小さいスケールの気象場から、現象が発生する気象条件を与える大きいスケールの環境場に至る、広範囲にわたるスケールの現象が重要な役割を果たす。近年の気象観測技術の発展により、高い時空間解像度とともに時間空間的な広がりを持つ多様なスケールの情報を含む膨大な観測データが取得可能となっている。本研究では、これらを数値シミュレーションによる顕著現象の再現や機構解明に最大限に活用するためのデータ同化技術の高度化を目指す。観測誤差の時間空間相関を考慮した上で、「流れに依存する背景誤差」をウェーブレット空間で構成し、スケールに応じて有効な情報を抽出する。

Outline of Annual Research Achievements

高頻度高密度であると同時に広域に分布する観測データから、大気に関する広範囲のスケールの情報を抽出して有効に活用するため、多様なスケールを考慮するための変分法データ同化の高度化に取り組んでいる。
これまでに、多重スケールを扱うデータ同化手法として、ウェーブレット空間で制御変数を構成するハイブリッド四次元変分法を開発し、実事例での実験を行うための改良を行った。また、以前に実装したドップラーレーダードップラー速度に加え、衛星大気追跡風についても、高頻度高密度観測データを扱うための観測誤差相関を考慮した同化に対応するための拡張を行った。このように整備した多重スケールを扱うデータ同化システムを用いて、実事例で高頻度高密度でかつ広域に分布する観測データの同化実験、性能評価などを行った。
2022年度末にこれらの主要成果について論文の形にまとめたが、より条件をそろえた実験等による精緻化の後、2024年度以降の投稿を目指す。一方、同成果について日本地球惑星科学連合2023年度大会で発表した。
そのほかの関連する研究での取り組みとして、広域に分布する静止気象衛星疑似観測データの顕著現象における効果の分析を含む、ひまわり後継衛星搭載測器のインパクト調査の論文は、受理、出版された。また、従来の四次元変分法を用いた、異なるスケールを持つ観測データ(衛星大気追跡風とドップラー速度)による複合的なインパクトの分析の研究については、気象学会2023年度春季大会で発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の研究計画では、2021年度は単純な矩形ウェーブレットによるスケール依存同化の検討(単一レーダーサイトドップラー速度同化実験)、アンサンブルによる背景誤差のノイズ特性調査、2022年度はより実用的な滑らかなウェーブレットへの拡張、衛星などレーダードップラー速度以外の観測データへの観測種別の拡張、2023年度は拡張したシステムでの性能調査を計画していた。
2022年度までにこれらの調査を概ね実施し成果を論文の形にまとめたものの、再実験による精緻化等を行った上での投稿を2024年度以降の課題とした。主要成果の論文発表が遅れており、やや遅れている、と判断する。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は、条件をより整えた実験を実施する等、結果をより精緻化して論文を改訂した上で投稿するなど成果発表を行う。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Mesoscale Observing System Simulation Experiment (OSSE) to Evaluate the Potential Impact from a Geostationary Hyperspectral Infrared Sounder2023

    • Author(s)
      T. Fujita, K. Okamoto, H. Seko, M. Otsuka, H. Owada, M. Hayashi
    • Journal Title

      Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II

      Volume: 101 Issue: 5 Pages: 371-390

    • DOI

      10.2151/jmsj.2023-022

    • ISSN
      0026-1165, 2186-9057
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 衛星大気追跡風、ドップラー速度同化の高度化の検討2023

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      日本気象学会2023年度春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Investigation of a Multiscale Variational Data Assimilation based on Wavelet2023

    • Author(s)
      T. Fujita, H. Seko, T. Kawabata, K. Okamoto
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2023年度大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スケールを考慮した高頻度高密度観測の変分法データ同化の検討2023

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      統計数理研究所・気象研究所勉強会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] スケールを考慮した変分法による高頻度高密度データ同化手法の検討2022

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      日本気象学会2022年度春季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 多重スケールを扱う変分法データ同化の検討2022

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      日本気象学会2022年度秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ドップラー速度、AMV同化の検討2022

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      「線状降水帯の機構解明・予測技術の向上」発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] スケールに依存する変分法データ同化の検討2022

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      第24回非静力学モデルに関するワークショップ
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ドップラー速度の変分法データ同化の高度化の検討2022

    • Author(s)
      藤田 匡, 瀬古弘, 川畑拓矢
    • Organizer
      第12回データ同化ワークショップ
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 変分法によるドップラー速度等のスケール依存同化の検討2022

    • Author(s)
      藤田 匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      「富岳」成果創出加速プログラム防災・減災に資する新時代の大アンサンブル気象・大気環境予測2021年度成果発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Enhancement of Variational Assimilation of High-Frequency and High-Resolution Radial Wind2021

    • Author(s)
      Tadashi Fujita, Hiromu Seko, Takuya Kawabata, Ken Sawada, Daisuke Hotta, Yasutaka Ikuta
    • Organizer
      WCRP-WWRP Symposium on Data Assimilation and Reanalysis
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スケールを考慮したドップラー速度の変分法データ同化の検討2021

    • Author(s)
      藤田匡
    • Organizer
      日本気象学会2021年度秋季学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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