| Project/Area Number |
22K14441
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 25010:Social systems engineering-related
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology (2023)
Shimane University (2022) |
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Principal Investigator |
吉岡 秀和 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (70752161)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 確率制御 / 前進過程 / 後退過程 / 水環境 / 水産資源 / 大型水利構造物 / 持続的共存 / 前進-後退確率微分方程式 / HJB方程式 / 河川 / 環境管理 / 無限次元確率微分方程式 / 確率制御理論 / HJB(I)方程式 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は，河川という人間生活に身近でありダイナミックかつ不確実に変動する環境を対象として，河川を流れる水の量や質，ひいては河川生態系を御するための環境管理戦略を構築することである．とくに，近年，数理的な理解が大幅に進んでいる最適性方程式である前進-後退確率微分方程式（FBSDEs），ならびに表裏一体の関係にあるHJB方程式を用いたモデリングによる目的の達成を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
理論面と調査面の双方において研究の進展があった．まず理論面については，河川の流量ならびに水質項目について，現実に観測される長記憶性を再現できる，無限次元確率微分方程式に基づく統一的な定式化を見出すことができた．また，フィールドで得られるデータは誤差を伴うことが通常であることを考慮して，定式化された数理モデルが不確実性下においてどのように歪み得るのかをオーリッチ空間（関数の増大速度を規定する関数空間）に依拠して系統的に整理することができた．さらには，河川の流量の上側・下側リスク評価を対象として，解を閉形式で得ることができる前進後退微分方程式を導出することができた．以上の理論的な成果によって，河川の流量や水質という，人間と環境の共存を考えるうえで必要不可欠な要素に対する数理的な理解を著しく深めることができたとともに，不確実性下において人間活動が環境に与えるリスクを評価するための新しく，かつ現実と整合しながらも実装可能な方法論を供することができたと言える．
調査面については，初年度から研究対象地としていた一級河川島根県斐伊川のみならず，同じく一級河川である石川県手取川も新しく研究フィールドとして加えることができた．上述した理論面の成果は，双方の河川に関わるものである．さらに，斐伊川については産業上の重要性が高い人口密集地である木次・大津地点における多項目の水質データを分析することができ，現地の踏破調査や土地利用状況を考慮することで，水質項目によって性質が互いに異なる確率微分方程式が同定されることが示唆された．とくに，水質項目の物理的な性質の違いがそれらの記憶の長さ（自己相関係数の減衰速度）を規定しているという結論を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論面については，前進-後退確率微分方程式や関連する最適性方程式について，数理・数値的な観点から詳細な分析を行うことができた．さらに，実データに基づいた応用事例も示すことができ，学術的な成果を研究論文や国際会議における講演で示すことができた．成果の一部については地域の漁業協同組合の広報雑誌や一般市民向けイベントで発信することもできた．
調査面に関しては，斐伊川について2022年度も行っていた地域の漁業協同組合の協力を得た現地調査を継続できており，大きな問題なく観測データを収集できている．また，2023年度から新しく調査地点に加えた手取川についても，試行錯誤の末に観測機器の設置やデータ収集に適したポイントを絞り込むことに成功した．
以上から，2023年度の進捗状況としては「おおむね順調に進展している」といえると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度である2023年度は，斐伊川において行っているフィールド調査を継続する．また，手取川におけるフィールド調査体制を年度初めに軌道に乗せる．前進-後退確率微分方程式や関連する最適性方程式について，より現実的な条件下における分析を進める．例えば，水力発電用に運用されているダム下流におけるハイドロピーキング現象を考慮した河川の流量ダイナミックスの分析や，水力発電の経済性や環境への影響の評価を行う．さらに，後続研究において取り組むべき課題も抽出する．
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