Global integrated probabilistic forecasting of agricultural droughts

• Project/Area Number: 23K20967
• Project/Area Number (Other): 21H01430 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22040:Hydroengineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 澤田 洋平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30784475)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000); Fiscal Year 2025: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: 農業干ばつ / 生態水文 / データ同化

Outline of Research at the Start

農業干ばつは開発途上国をはじめとする世界の社会経済に深刻な影響を及ぼし、その全球レベルでの監視・予測技術の開発は急務である。本研究では、(1) 植物の生長・枯死を直接計算し、(2) 観測とモデルを統合した正確なモニタリングができ、(3) 予測の不確実性を精緻に定量化し、(4) モデルが直接解像出来ない「地域の実情」に即した危険度指標を算出する、ことのできる先進的な干ばつ監視・予測システムの開発を行う。開発したシステムによる過去事例の網羅的な解析とリアルタイム実運用により、政府・国際機関による干ばつ警報の最適性を評価し、現代の科学技術の極限で実現可能な理想の農業干ばつ予警報を追求する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は先進的な干ばつ監視・予測システムの開発を行うことである。当該年度においては本研究計画全体において最も重要な、生態水文シミュレーションが直接解像できない「地域の実情」に即した干ばつ危険度評価を行うための知見を得ることができた。生態水文シミュレーションがもたらす多様な情報をデータ駆動的に集約し、単一の干ばつ指標を生成する手法を開発した。これを用いて、非常に小さい、もしくはほとんど干ばつハザードが存在しないと思われるような干ばつ事例を過去20年間にわたって100事例ほど収集し、その干ばつ災害の原因を内戦や人口移動といった人為的なものに求める解析を行った。このような「異常気象無き干ばつ」が発生している地域の特定に成功した。このような地域においては極小の干ばつハザードで干ばつ災害が引き起こされうるため危険度評価を厳しく行う必要があることが分かる。
当該年度のもう一つの重要な成果として、開発している農業干ばつ監視・予測システムによる長期的な生態水文量の計算が実現し、その計算結果をデータセットとしてJAXAのプロダクトとして提供することができた (https://www.eorc.jaxa.jp/AMSR/datacatalog/land/index_ja.html#lda)。公開にあたって網羅的な性能検証も行い、開発しているシステムの安定性・頑健性を示すことができた。システムのリアルタイム化も進んでおり、専用サーバにおいてリアルタイムに農業干ばつの監視・予測を行う開発が順調に継続している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

農業干ばつ監視・予測システムの要素技術はこれまでの開発でほぼ完了している。5年計画の後半2年は過去の干ばつ事例の網羅的な解析やリアルタイム運用といった研究開発の成果を応用し収穫を得るフェーズとしているが、そのフェーズにスムーズに移行できるだろう。計画通りおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

専用サーバにおける農業干ばつ監視・予測システムのリアルタイム化はまだ途上であり、この開発を引き続き継続していく。リアルタイム化したソフトウェアを有効活用し、リアルタイム監視・予測の結果を限定的に研究代表者の知りえる他の研究者・実務者に公開し、システムの有用性を測る。合わせてリアルタイム化の対象としている陸域データ同化システムのバージョンには本研究における基礎研究の成果をすべて反映できているわけではないため、その部分の開発も進め性能向上に努める。
並行して過去の干ばつの事例研究を進める。特に過去の大干ばつにおいて現地政府や国際社会の対応がどれほど適切であったのかをそのような大干ばつの予測可能性に基づいて評価することで政策的に有用な知見を得たい。

Research Products

• [Journal Article] Performance Assessment of Irrigation Projects in Nepal by Integrating Landsat Images and Local Data (2023)
  • Author(s): Neupane Adarsha、Sawada Yohei
  • Journal Title: Remote Sensing Volume: 15 Issue: 18 Pages: 4633-4633
  • DOI: 10.3390/rs15184633
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Global assessment of subnational drought impact based on the Geocoded Disasters dataset and land reanalysis (2022)
  • Author(s): Kageyama Yuya、Sawada Yohei
  • Journal Title: Hydrology and Earth System Sciences Volume: 26 Issue: 18 Pages: 4707-4720
  • DOI: 10.5194/hess-26-4707-2022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Soil moisture-vegetation interaction from near-global in-situ soil moisture measurements (2022)
  • Author(s): Li Shuping、Sawada Yohei
  • Journal Title: Environmental Research Letters Volume: 17 Issue: 11 Pages: 114028-114028
  • DOI: 10.1088/1748-9326/ac9c1f
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MULTI-OBJECTIVE PARAMETER OPTIMIZATION AND UNCERTAINTY ASSESSMENT IN A LAND SURFACE MODEL BY MULTIPLE SATELLITES’ OBSERVATIONS (2021)
  • Author(s): NOMURA Shuhei、SAWADA Yohei
  • Journal Title: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering) Volume: 77 Issue: 2 Pages: I_1351-I_1356
  • DOI: 10.2208/jscejhe.77.2_I_1351
  • NAID: 130008159993
  • ISSN: 2185-467X
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Global Change in Terrestrial Ecosystem Detected by Fusion of Microwave and Optical Satellite Observations (2021)
  • Author(s): Nara Hideharu、Sawada Yohei
  • Journal Title: Remote Sensing Volume: 13 Issue: 18 Pages: 3756-3756
  • DOI: 10.3390/rs13183756
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Drought Monitoring over West Africa Based on an Ecohydrological Simulation (2003?2018) (2021)
  • Author(s): Tsutsui Hiroyuki、Sawada Yohei、Onuma Katsuhiro、Ito Hiroyuki、Koike Toshio
  • Journal Title: Hydrology Volume: 8 Issue: 4 Pages: 155-155
  • DOI: 10.3390/hydrology8040155
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Droughts with No Hydro-Climatological Extremes. (2023)
  • Author(s): Sneha Kulkarni, Yohei Sawada
  • Organizer: AGU Fall Meeting,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Monitoring and Assessment of Global Patterns of Subnational droughts using Combined Drought Indicator and Geocoded Disaster Dataset (2023)
  • Author(s): Sneha Kulkarni, Yohei Sawada
  • Organizer: EGU-2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 生態水文情報学：干ばつ監視・予測・制御のサイエンス (2023)
  • Author(s): 澤田洋平
  • Organizer: 東大水フォーラム公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Global assessment of sub-national drought impact based on the Geocoded Disasters dataset and land reanalysis (2022)
  • Author(s): Sawada, Y., and Y. Kageyama
  • Organizer: AGU Fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ecohydrological land reanalysis by assimilating satellite microwave observations into a land surface model (2022)
  • Author(s): Sawada, Y., H. Tsutsui, H. Fujii, and T. Koike
  • Organizer: International Symposium of Data Assimilation (ISDA) Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] AMSR-E/AMSR2に基づく長期陸域生態水文観測/再解析を基軸とした陸域生態系変動と干ばつの解析 (2022)
  • Author(s): 澤田洋平, 筒井浩行, 藤井秀幸, 奈良秀春, 影山雄哉, 小池俊雄
  • Organizer: 日本気象学会秋季大会
• [Presentation] 可視域とマイクロ波領域の衛星観測の融合による陸域生態系監視 (2022)
  • Author(s): 澤田洋平
  • Organizer: リモセン虎の穴セミナー
  • Invited
• [Presentation] Soil moisture-vegetation correlation from 733 in-situ soil moisture observations (2021)
  • Author(s): Li, S. and Y. Sawada
  • Organizer: AGU Fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 極端水文気象現象に対する予測の不確実性定量化 (2021)
  • Author(s): 澤田洋平
  • Organizer: 第10回JCAHPCセミナー
  • Invited
• [Presentation] Ecohydrological land reanalysis (2021)
  • Author(s): Sawada, Y., H. Fujii, H. Tsutsui, and T. Koike
  • Organizer: AGU Fall meeting
  • Int'l Joint Research