2014 Fiscal Year Annual Research Report
スパースモデリングに基づくデータ駆動解析による地球プロセスモデルの構築
| Project Area | Initiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling |
|---|
| Project/Area Number |
25120005
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
駒井 武 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30357024)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 敦 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40422092)
桑谷 立 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (60646785)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
|
| Keywords | スパースモデリング / ベイズ推論 / モデル化 / 津波堆積物 / 土壌 / 岩石 / 地球化学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
スパースモデリングを地球科学分野に導入することで，高次元・大量の地球科学データに潜む本質的な物理化学プロセスや構造を抽出する普遍的な枠組みを構築することを目的とする．本年度についても前年度と同様に，下記の三課題に取り組んだ．
【課題1】「津波堆積物の化学判別の高精度化と歴史大津波堆積物への適用」では，地球化学判別を高精度化すると共に，スパースモデリング班(B01-2)と協働することで，津波堆積物の起源や浸水プロセスに関する情報を取得する手法を新たに開発した．
【課題2】「津波堆積物の物理化学的挙動の解明と環境リスク評価」では，主成分分析を利用した化学特性抽出法を開発した．また，環境リスク評価につなげるために，スパース重回帰分析を用いて，土壌に対する重金属の吸着特性挙動解析を行った．
【課題3】「地球化学データ解析法の固体地球科学への応用」では，岩石全岩化学組成データから次元圧縮法を用いて物質移動量と原岩組成バリエーションを分離する手法を開発したほか，物理モデリング班(B01-3)と共同して，化学組成データから時空間ダイナミクス（たとえば，反応輸送方程式）を決定するための数理的方法論を構築しつつある．さらに，スパースモデリング班(B01-2)と共同の共同により，ベイズ推論を用いて，様々な地球科学的観測時空間データから，物理化学プロセスや潜在構造を抽出する手法を多数開発した．
学術普及活動面では，惑星科学班(A02-2)，堀公募班(A02)，小池公募班(A02)，長尾公募班(B01)との密接な連携により，多数の学会・研究集会を主催した．たとえば，ISME-XIII（鉱物探査の国際シンポジウム），研究集会「地球科学と疎性モデリング」である（新学術領域「地殻ダイナミクス」との共催）．以上のように，地球科学分野へのデータ駆動科学の浸透は早期に実現しつつある．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題発足当初に設定した全ての課題に対して，新学術領域内計画研究間の共同研究の結果として，査読付き論文が出版されている:【課題1】Kuwatani et al. (2014, Scientific Reports)，【課題2】桑谷ほか(2014,地学雑誌)，【課題3】Kuwatani et al.(2014; Physical Review E)．また，領域発足当時に目標の一つとして掲げた計測グループ‐モデリンググループ‐情報科学グループの領域内三階層連携による研究成果もすでに出版済みである（Wakasugi et al., 2014, Journal of Physical Society of Japan：地球科学班(A02-1)・スパースモデリング班(B01-2)・非線形班(C01-1)による共同研究）． さらに，領域内・領域外連携による学術普及活動の結果，本領域主催の国際シンポジウムや国内研究集会では多数の参加者を集めており，当初予定以上の早いペースで「データ駆動科学」が地球科学分野に浸透・定着しつつあるといえる．
以上の理由から，本研究課題では，当初研究目的に対して当初の計画以上に進展していると評価する．
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度以降も，これまでに引き続き，【課題1】【課題2】【課題3】を並行して研究遂行する．また，それら三つの課題から共通した課題として，【課題4】データ駆動による地球物質循環モデルの構築を新たに取り組む．
共同研究に関しても，これまで通り，スパースモデリング班(B01-2)・物理モデリング班(B01-3)・非線形班(C01-1)・堀公募班(A02)等と，データ駆動解析手法を共同開発することで学融合を強力に推進する．
学術普及面に関しては，地球科学関連班(惑星科学班(A02-2)・堀公募班(A02) ・小池公募班(A02)・長尾公募班(B01))との領域内連携により，研究集会と国際学会セッションを活発に企画する．例えば，地球惑星科学連合大会(JpGU2015)や地球科学分野の主要国際学会(AOGS2015・IGC2016)において，本新学術領域主催のセッション開催を予定している．
|
