Hybrid data assimilation methods with a particle filter for forecasts of extreme weather events
Project/Area Number |
21K13995
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
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Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
Principal Investigator |
近藤 圭一 気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 併任(第三研究室) (00735558)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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Keywords | 粒子フィルタ / アンサンブルカルマンフィルタ / ハイブリッド / 非ガウス分布 / 外れ値 / データ同化 / 観測誤差 / 観測インパクト |
Outline of Research at the Start |
気象学では大気モデルと観測の架け橋としてデータ同化が発展し、気象予測精度向上に貢献してきた。社会的にインパクトの大きい台風や集中豪雨等の顕著現象の予測精度向上は防災・減災の上でも喫緊の課題の一つである。そのような顕著現象では非線形性が極めて強いという特徴があり、強非線形性に起因する非ガウス分布を適切に扱うことが顕著現象のさらなる予測精度向上のため非常に重要となる。本研究では、複数の予報を束ねたアンサンブル予報を活用し、観測をガウス分布・非ガウス分布部分に分割することにより、非ガウス分布を適切に扱える非ガウスデータ同化手法を確立し、顕著現象の予測可能性の向上を図る。
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Outline of Annual Research Achievements |
台風や集中豪雨等の顕著現象には非線形性が強い共通点があり、その強非線形性に起因する非ガウス分布を適切に扱うことが顕著現象のさらなる予測精度向上のため重要となる。本研究では大気モデルが持つ強非線形性に起因する非ガウス分布を適切に扱える非ガウスデータ同化手法の確立を目指している。本年度は、前年度から引き続きアンサンブルカルマンフィルタ(EnKF)に粒子フィルタ(PF)を組み合わせたハイブリッド手法を改良してきている。事前分布から事後分布へ粒子をアップデートする変換行列について、観測の影響範囲を限定する局所化を導入する場合には、隣り合う格子点同士の連続性を担保することがPFの性能に直結することがこれまでの調査によって判明してきている。そこで、隣り合う格子点間の連続性を確保した上で、計算負荷の小さい仕組みを考案・検証中である。PFの改良はハイブリッド手法の改良にもつながるため重要である。 気象庁全球システム相当の実験システムを用いた調査として調査として、非ガウス分布の調査を行った。今回は事前調査として、マイクロ波サウンダ輝度温度データのうち、地表面の射出率の不確かさを減らすことで、第一推定値と観測の差分が統計的にガウス分布に近づくことを確認した。また、観測の予報改善の寄与を観測種別ごと算出し、ハイブリッド同化の効果的な導入について検討材料とした。 研究協力者の粒子フィルタを用いた論文に共著として参加し、受理されている。本論文で本研究代表者はPFの変換行列作成手法を担当している。そのほかに別の研究協力者の粒子フィルタを用いた論文に共著として参加しており、受理されている。本論文では火山灰推定に粒子フィルタを用いており、技術協力を行った。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
粒子フィルタの安定動作のためには、事後分布への変換行列作成が重要であることが判明してきており、解決に時間を要している。ハイブリッドにする場合には影響は小さいものの、粒子フィルタの安定動作には重要な課題である。
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Strategy for Future Research Activity |
粒子フィルタの変換行列作成について引き続き改良を進めることと並行して、気象庁現業システム相当の実験システムを用いたハイブリッド同化手法の検討を進めるにあたり、非ガウス分布やその強度等の調査も行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)