• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Study on Heavy Rainfall Mechanism by Mathematical and Data-Driven Approach Using Large Ensemble

Research Project

Project/Area Number 23KF0161
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

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

Principal Investigator

川畑 拓矢  気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 室長 (80354447)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) WU PIN-YING  気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2023-09-27 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000)
Keywordsアンサンブル / 摂動ランク / 感度解析 / 確率予測
Outline of Research at the Start

近年、豪雨による災害が各地で頻発し、豪雨メカニズムの解明が重要な課題となっている。従来のメカニズム解明研究は、研究者それぞれの背景知識の範囲で実施され、「主観的な」要素が大きく、要因の重要度を決定することが困難という問題がある。したがって、定量的な推定を行う「客観的」分析が望まれている。本研究は1000アンサンブルシミュレーションに対して、数学的なアプローチを適用して客観的に要因を抽出し、優先順位をつける解析を行う。これにより「客観的」に豪雨発生メカニズムへの理解を深め、かつこれまで知られていなかった新たな知見を生み出すことが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

大アンサンブルの作成における側面境界摂動のランクの影響について調査を行い、改善した大アンサンブル計算を実施した。

摂動のランクの影響を調べるため、令和元年東日本台風を対象とした二組の1000メンバーアンサンブルを比較した。従来の大アンサンブルの作成手法では、1000メンバーに対して合計50の異なる側面境界摂動を使用していた。アンサンブルメンバー数1000に対してランクが不足しており、アンサンブルメンバーの多様性が不十分となり、メンバーのクラスタリングを引き起こしていることが明らかになった。調査の結果、従来の作成手法による大アンサンブルでは、偽の非ガウス確率分布を示した。このようにサンプリング誤差が大きいアンサンブルは感度解析に不適切であるため、ランク不足を改善したアンサンブル計算を行った。すなわち50個の側面境界摂動に正規分布のノイズを導入することで、合計1000の異なる側境界摂動とした。摂動ランクの強化により、メンバーのクラスタリングが解消され、適切な確率予測を実現した。これらの結果をまとめて、米国気象学会論文誌 Monthly Weather Review に"The importance of perturbation rank in ensemble simulations"と題した論文を投稿した。

さらに、令和元年東日本台風の対象としたアンサンブル特異値解析手法を実装した。摂動ランクの改善された1000メンバーアンサンブルを用いて、関東における降水をターゲットに、特異値解析を行った。その結果、台風周辺における循環場の風速と水蒸気量に感度があることが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

大アンサンブルについてシステム改良を行って再計算した。これに対して適用を予定している線形解析法のプログラムも基礎的な開発は完了した。

Strategy for Future Research Activity

今後は従来のアンサンブル特異値解析を時間方向の変化も解析対象とするよう手法を拡張し、大雨発生時刻に影響を与える要因解析を行う予定である。また異なる初期時刻を感度解析の対象にし、これらの結果を比較して、線形の仮説が適切であるかを調べる。さらに、解析対象として、前線による大雨事例を加え、解析法の汎用性を確認する。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Windward Region Sensitivity and its Effects on Heavy Rainfall Prediction Investigated with Ensemble Systems2024

    • Author(s)
      TOYOOKA Daichi、KAWABATA Takuya、TANAKA Hiroshi L.
    • Journal Title

      Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II

      Volume: 102 Issue: 2 Pages: 167-183

    • DOI

      10.2151/jmsj.2024-008

    • ISSN
      0026-1165, 2186-9057
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] The importance of the rank of perturbations in ensemble simulations- in the case of lateral boundary condition perturbations using a regional model2024

    • Author(s)
      Wu, P.-Y., T. Kawabata, and L. Duc
    • Organizer
      第3回線状降水帯のメカニズム・環境場形成・階層構造に関する研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 集中豪雨予測における風上領域観測網のデータ同化インパクトの調査2024

    • Author(s)
      川畑拓矢, 豊岡大地, 田中博
    • Organizer
      第3回線状降水帯のメカニズム・環境場形成・階層構造に関する研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] The Importance of Perturbation Rank for Ensemble Simulations and Sensitivity Analysis with 1000-member2024

    • Author(s)
      Wu, P.-Y., T. Kawabata, and L. Duc
    • Organizer
      The First KU-NCU Joint Workshop on Mesoscale Modeling and Predictability
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The rank of ensemble perturbations affects wind probability distribution predictions: A case of typhoon large-size ensemble simulations with a limited-area model.2023

    • Author(s)
      Wu, P.-Y., T. Kawabata, and L. Duc
    • Organizer
      第2回都市極端気象シンポジウム・第19回台風研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] The rank of ensemble perturbations affects wind probability distribution predictions: A case of typhoon large-size ensemble simulations with a limited-area model2023

    • Author(s)
      Wu, P.-Y., T. Kawabata, and L. Duc
    • Organizer
      第8回 先端的データ同化と巨大アンサンブル研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Investigation of error growth and non-Gaussianity in severe weather predictions using large-ensemble DA2023

    • Author(s)
      Wu, P.-Y., T. Kawabata, and L. Duc
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Data Assimilation
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The impact of boundary condition perturbations on the estimation of non-Gaussianity using large ensemble simulations2023

    • Author(s)
      Wu, P.-Y., T. Kawabata, and L. Duc
    • Organizer
      日本気象学会2023年度秋季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-09-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi