疎性モデリングとの融合によるデータ同化研究の新展開

• Project Area: Initiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
• Project/Area Number: 26120510
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 長尾 大道 東京大学, 地震研究所, 准教授 (80435833)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2015: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2014: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: データ同化 / 疎性モデリング / 地震 / lasso / データ駆動型モデリング / ベイズ統計学 / 逐次ベイズフィルタ / 地震動イメージング / 次元圧縮

Outline of Annual Research Achievements

前年度開発した疎性モデリングを融合したデータ同化の手法について、実問題に適用し、その性能について検証した。東京大学地震研究所では、都市部における地震に伴う建造物の振動評価に資する数値シミュレーションを実施しているが、各建造物直下から入力する地震動波形を、約300点の地震計からなる首都圏直下地震観測網MeSO-netの観測データから精度良く与える必要がある。これまで我々は、震源入力に対する地震動応答に関するグリーン関数をテイラー展開し、その微分係数を評価する手法を提案してきた。この手法を東日本大震災発生時のMeSO-netデータに適用したところ、約7秒よりも長周期の地震動については、極めて高精度な時空間分布が得られることが示された。しかしながら、地震計の空間分布は非一様性が大きく、疎な領域においては地震動の推定誤差が大きくなる。しかも、実際の建造物の振動評価のためには、地震動を0.1秒程度の短周期帯にまで求めることが要求されるが、従来の手法の単純な延長でこれを達成するのはかなり難しい。この地震動の時空間分布の推定問題に、前年度開発したデータ同化のアルゴリズムを応用し、その性能を検証した。数値シミュレーションモデルとしては、所与の震源と地下の水平成層構造から任意の地点における地震動を算出するコードを用いた。最終的に、各建造物の場所における地震動の高密度な時空間分布の推定を得られることが期待されることを示した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 大地震によって励起される気圧変動から震源パラメータを推定する一方法 (2015)
  • Author(s): 長尾大道
  • Journal Title: 月刊地球 Volume: 37 Pages: 376-383
• [Journal Article] Estimating cellular parameters through optimization procedures: elementary principles and applications (2015)
  • Author(s): Kimura, A., A. Celani, H. Nagao, T. Stasevich and K. Nakamura
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: -- Pages: 1-9
  • DOI: 10.3389/fphys.2015.00060
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] What is required for data assimilation that is applicable to big data in the solid Earth science? (2014)
  • Author(s): Nagao, H.
  • Journal Title: The Proceedings of 17th International Conference on Information Fusion Volume: -- Pages: 1-6
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Seismic wave field imaging in the Tokyo metropolitan area based on LASSO (2015)
  • Author(s): Nagao, H., S. Mizusako, K. Hirose, M. Kano, M. Hori, S. Sakai, S. Nakagawa, R. Honda, H. Kimura, and N. Hirata
  • Organizer: International Meeting on "High-Dimensional Data Driven Science"
  • Place of Presentation: メルパルク京都（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] データ同化の基礎理論とその応用 (2015)
  • Author(s): 長尾大道
  • Organizer: 土木学会応用力学委員会 応用力学講演会2015
  • Place of Presentation: 土木会館（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-12-08
  • Invited
• [Presentation] データ同化 ～シミュレーション／データ両駆動型モデリングへ～ (2015)
  • Author(s): 長尾大道
  • Organizer: スパースモデリングが生み出す自然科学ビッグデータ革命
  • Place of Presentation: 徳島大学工業会館（徳島県・徳島市）
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] 首都圏地震動イメージング (2015)
  • Author(s): 長尾大道, 加納将行, 堀宗朗, 酒井慎一, 中川茂樹, 平田直, 水迫覚信, 廣瀬慧, 本多亮, 木村尚紀
  • Organizer: 2015年度 統計関連学会連合大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県・岡山市）
  • Year and Date: 2015-09-08
• [Presentation] Data-driven imaging of seismic wave field in the Tokyo metropolitan area based on lasso (2015)
  • Author(s): Mizusako, S., H. Nagao, K. Hirose, M. Kano, M. Hori, S. Sakai, S. Nakagawa, R. Honda, H. Kimura, and N. Hirata
  • Organizer: 12th Annual Meeting of Asia Oceania Geoscience Society
  • Place of Presentation: シンガポール（シンガポール共和国）
  • Year and Date: 2015-08-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Data-driven approaches beneficial to data assimilation in earthquake researches (2015)
  • Author(s): Nagao, H., M. Kano, S. Mizusako, and A. Suzuki
  • Organizer: 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics
  • Place of Presentation: プラハ（チェコ共和国）
  • Year and Date: 2015-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Azimuth verification of the MeSO-net accelerographs ---towards the imaging of ground motions in the Tokyo metropolitan area--- (2015)
  • Author(s): Kano, M., H. Nagao, K. Shiomi, S. Sakai, S. Nakagawa, S. Mizusako, M. Hori, and N. Hirata
  • Organizer: 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics
  • Place of Presentation: プラハ（チェコ共和国）
  • Year and Date: 2015-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lasso-based imaging of ground motions in the Tokyo metropolitan area excited by large earthquakes (2015)
  • Author(s): Nagao, H.
  • Organizer: The 24th South Taiwan Statistics Conference and 2015 Chinese Institute of Probability and Statistics Annual Meeting
  • Place of Presentation: 彰化（台湾）
  • Year and Date: 2015-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lassoに基づく首都圏地震動分布のデータ駆動型イメージング (2015)
  • Author(s): 水迫覚信, 長尾大道, 廣瀬慧, 加納将行, 堀宗朗, 酒井慎一, 中川茂樹, 本多亮, 木村尚紀, 平田直
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・幕張市）
  • Year and Date: 2015-05-27
• [Presentation] Simulation-/data-driven data assimilation project toward "Terra Forecasting" (2015)
  • Author(s): Nagao, H., M. Kano, S. Mizusako, and A. Suzuki
  • Organizer: The 4th International Symposium on Data Assimilation
  • Place of Presentation: 理化学研究所（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-02-25
• [Presentation] Imaging ground motions in the Tokyo metropolitan area from MeSO-net seismograms based on LASSO (2015)
  • Author(s): Mizusako, S., H. Nagao, K. Hirose, M. Kano, and M. Hori
  • Organizer: The 4th International Symposium on Data Assimilation
  • Place of Presentation: 理化学研究所（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-02-24
• [Presentation] Region dividing method to clarify frictional properties in plate subduction zone with adjoint data assimilation (2015)
  • Author(s): Suzuki, A., M. Kano, H. Nagao, and F. Komaki
  • Organizer: The 4th International Symposium on Data Assimilation
  • Place of Presentation: 理化学研究所（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-02-24
• [Presentation] Imaging ground motions in the Tokyo metropolitan area based on MeSO-net using lasso (2014)
  • Author(s): Mizusako, S., H. Nagao, M. Kano, K. Hirose, and M. Hori
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center（米国・サンフランシスコ）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] データ同化による余効すべり発生域の摩擦パラメータ推定 ～パラメータ分布の空間解像度の検証～ (2014)
  • Author(s): 鈴木皓博, 長尾大道, 加納将行, 宮崎真一, 駒木文保
  • Organizer: 日本測地学会 第122回講演会
  • Place of Presentation: つくばサイエンス・インフォメーションセンター（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-11-06
• [Presentation] スパースモデリングによる首都圏における地震動分布推定手法の開発 (2014)
  • Author(s): 水迫覚信, 長尾大道, 廣瀬慧, 加納将行, 堀宗朗
  • Organizer: 第34回地震工学研究発表会
  • Place of Presentation: まちなかキャンパス長岡（新潟県長岡市）
  • Year and Date: 2014-10-09 – 2014-10-10
• [Presentation] 高空間分解能地震動分布を推定するためのアルゴリズム開発 (2014)
  • Author(s): 長尾大道, 水迫覚信, 加納将行, 堀宗朗, 廣瀬慧
  • Organizer: 第63回理論応用力学講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2014-09-26 – 2014-09-28
• [Presentation] 高空間分解能を持つ地震動分布を推定するためのアルゴリズム開発 (2014)
  • Author(s): 長尾大道, 水迫覚信, 加納将行, 堀宗朗, 廣瀬慧
  • Organizer: 2014年度統計関連学会連合大会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-16
• [Presentation] What is required for data assimilation that is applicable to big data in the solid Earth science? (2014)
  • Author(s): Nagao, H.
  • Organizer: 17th International Conference on Information Fusion
  • Place of Presentation: Palacio de Congresos（スペイン・サラマンカ）
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-10
• [Presentation] 構造物即時被害予測のためのスパースモデリングに基づく地震動分布推定アルゴリズムの開発 (2014)
  • Author(s): 水迫覚信, 長尾大道, 廣瀬慧, 加納将行, 堀宗朗
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-05-01
• [Remarks] 東京大学地震研究所 長尾大道研究室
  • URL: http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/people/nagaoh/