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Improvement of cloud radar assimilation methods for predicting local heavy rainfall

Research Project

Project/Area Number 22K04345
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 22040:Hydroengineering-related
Research InstitutionNational Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention

Principal Investigator

加藤 亮平  国立研究開発法人防災科学技術研究所, 水・土砂防災研究部門, 主任研究員 (70811868)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 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 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords局地的大雨 / 数値予測 / データ同化 / 雲レーダー / 選択的同化
Outline of Research at the Start

本研究ではこれまで申請者らが開発してきた局地的大雨予測に対する雲レーダー同化手法の実用化に向けた高度化として、①雲と雨が共存する場合の同化手法を2通りの方法(A:雲領域のみを同化する方法、B:発達する雲のみを追跡して選択的に同化する方法)で検討した後、②実用化を想定した雲レーダーデータの時空間解像度の検討を行い、③高度化した手法を多数事例で統計的に検証することで、実用化に耐えうる雲レーダー同化手法を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

「ゲリラ豪雨」とも呼ばれる局地的大雨は、河川の急な増水や道路の浸水などを通じて時には人的被害をも引き起こすため、その予測手法の開発は重要な研究課題である。局地的大雨の一時間以内の短時間予測技術の一つとして、高解像度気象数値モデルを用いた数値予測が挙げられる。数値予測による局地的大雨予測の鍵は、観測に近い適切な初期値を作成することであり、これはデータ同化という技術によって行われる。本研究では、局地的大雨を引き起こす積乱雲の発生段階の雲を観測することができる雲レーダーの同化手法を高度化することで、雲レーダー同化による局地的大雨予測の実用化に向けた問題点の解決を目指している。

実用化に向けた大きな問題点として、衰弱中の雲を同化することで偽の雨が予測されてしまい予測精度が低下することが挙げられる。そこで、昨年度は発達中の雲のみを選択的に同化する「選択的同化手法」を開発し、これまで降水データに対して適用されてきた積乱雲自動追跡プログラムを雲レーダーデータに適用可能とする高度化を行った。その結果、1分毎の雲レーダーエコーを自動的に追跡し、雲領域の面積、最大反射強度、体積などのパラメータを自動で抽出し、その時間変化を利用しすることで、発達する雲とそうでない雲を自動で識別するプログラムを作成した。

今年度は、2018年8月3日の局地的大雨事例に対して、開発した選択的同化手法の有効性を検証した。選択的同化手法を適用しない予測実験では、局地的大雨は予測されたが、偽の雨も予測されていた。この偽の雨の予測は、衰弱中の雲が同化され、その雲の領域が加湿されることで生じていた。一方で、選択的同化手法を適用し、3次元の雲レーダーデータ(反射強度)において発達中の雲のみを同化した予測実験では、偽の雨を抑えることができ、局地的大雨のみを正しく予測することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は予定どおり雲レーダーの選択的同化手法を実事例へ適用することができた。さらに、雲レーダーによる局地的大雨予測に対して選択的同化手法の有効性を世界で初めて実証することができた。この点は、大きな成果であるといえる。一方で、雲レーダーと降水レーダーを組み合わせた予測手法の開発には着手できなかった。このため、進捗状況はやや遅れているとした。

Strategy for Future Research Activity

開発した選択的同化手法を用いた予測実験を複数事例で行い、統計的な有効性を検証する。また、雲レーダーと降水レーダーを組み合わせた予測手法の開発、及び、雲レーダーデータの時空間解像度の検討を行う。得られた成果を学会等で発表するとともに、論文化を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Improvement of Two-Hour-Ahead QPF Using Blending Technique with Spatial Maximum Filter for Tolerating Forecast Displacement Errors and Water Vapor Lidar Assimilation2024

    • Author(s)
      Ryohei Kato, Shingo Shimizu, Ken-Ichi Shimose, Kohin Hirano, Koichi Shiraishi, Satoru Yoshida, Tetsu Sakai, and Tomohiro Nagai
    • Journal Title

      Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II

      Volume: 102 Issue: 4 Pages: 445-464

    • DOI

      10.2151/jmsj.2024-024

    • ISSN
      0026-1165, 2186-9057
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Prediction of Meso-γ-Scale Local Heavy Rain by Ground-Based Cloud Radar Assimilation with Water Vapor Nudging2022

    • Author(s)
      Kato Ryohei, Shimizu Shingo, Ohigashi Tadayasu, Maesaka Takeshi, Shimose Ken-ichi, Iwanami Koyuru
    • Journal Title

      Weather and Forecasting

      Volume: 37 Issue: 9 Pages: 1553-1566

    • DOI

      10.1175/waf-d-22-0017.1

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 局地的大雨予測に対する雲レーダー同化手法の高度化 ―積乱雲自動追跡による選択的同化手法の開発―2024

    • Author(s)
      加藤亮平;清水慎吾;大東忠保;前坂剛;下瀬健一;岩波越
    • Organizer
      日本気象学会2024春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Development of cloud radar assimilation method for local heavy rain prediction2023

    • Author(s)
      Kato, R., S. Shimizu, T. Ohigashi, T. Maesaka, K. Shimose, K. Iwanami
    • Organizer
      Joint Seminar between NIED and WRC/KMA
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 線状降水帯の2時間先予測に対する 水蒸気ライダー同化における背景誤差共分散行列の設定方法の感度実験2023

    • Author(s)
      加藤亮平, 清水慎吾, 下瀬健一, 平野洪賓, 白石浩一, 吉田智, 酒井哲, 永井智広
    • Organizer
      日本気象学会2023秋季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Development of cloud radar assimilation method for local heavy rain prediction2023

    • Author(s)
      Kato, R., S. Shimizu, T. Ohigashi, T. Maesaka, K. Shimose, K. Iwanami
    • Organizer
      The 2nd Workshop between National Science and Technology Center for Disaster Reduction of Taiwan (NCDR) and National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience of Japan (NIED)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 局地的大雨予測に対する雲レーダー同化手法の開発2022

    • Author(s)
      加藤亮平・清水慎吾・大東忠保・前坂剛・下瀬健一・岩波越
    • Organizer
      データ同化夏の学校 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 局地的大雨予測に対する雲レーダー同化手法の高度化に向けて ―同化窓の感度実験から得られた知見と課題―2022

    • Author(s)
      加藤亮平・清水慎吾・大東忠保・前坂剛・下瀬健一・岩波越
    • Organizer
      日本気象学会秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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