2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on uncertainty of cumulonimbus initiation and development using particle filter
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17H02962
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
川畑 拓矢 気象庁気象研究所, 予報研究部, 主任研究官 (80354447)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 玄太 統計数理研究所, モデリング研究系, 准教授 (40370093)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 粒子フィルタ / 観測演算子 / 積乱雲 / 確率密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、気象庁メソスケール非静力学モデル(JMANHM)を用いた粒子フィルタ(NHM-PF)を開発し、積乱雲の発生・発達環境の非線形性・非ガウス性を調査することを目的としている。平成29年度は、NHM-PFのシステム開発に当たる計画であった。
まず、これまで雲解像4次元変分法同化システム用に開発された観測演算子をJMANHMへ移植実装を行った。実装した観測演算子は、二重偏波レーダー、GNSS可降水量、コンベンショナルデータなどである。これらにより観測誤差に関する調査が実施可能となったため、二重偏波レーダーデータに関して統計調査を行い、観測値において二重偏波パラメータ間に相関が小さいことを明らかにした(栗花と川畑、2018)。
次に、JMANHMへ粒子フィルタを実装し、初期的動作確認を行った(川畑他、2017)。NHM-PFではフィルタ時にリサンプリングを行っているが、NHMにモデル誤差を含んでいないためにインフレーションを実施する必要がある。このインフレーションのための摂動として、事前にサンプルしておいた予報値の組み合わせから摂動を与えることとした。これによって概ねフィルタとしての性能が確保できる見込みとなり、観測システムシミュレーション実験(OSSE)を実施した(Kawabata et al. 2018)。このOSSEでは地上観測データを模したモデル最下層の気温、水蒸気、風のデータを積乱雲周辺に4点、レーダーを模した積乱雲内部の格子点24点における雨水量を、100メンバーによるアンサンブルを用いて同化した。何も同化しない場合と比べてRMSEが小さいなど、フィルタとして正常に動作していることが確認でき、さらに積乱雲の発生・発達に伴って、環境場の確率密度が、雨のありなしに二分岐しているところから雨の多い領域へシフトしていることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成29年度はシステム開発のみの計画であったが、次年度に予定していたOSSEを実施することが出来、さらに本計画の主目的である積乱雲の発生・発達に関する確率密度の解析に着手することが出来た。観測演算子の開発やフィルタの理論的背景として、書籍および解説論文を3編、出版し、3件の招待講演、4件の国際学会を含む口頭を12件、行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)これまで実施したOSSEに関連して、メンバー数を増やして確率密度推定の精度を上げる。現状のアンサンブルカルマンフィルタとラグアンサンブルでは面番数が不足するために、さらなる初期ノイズの与え方について検討を行う。
(2)非ガウス分布について、どのような解析が良いのか検討を行う。
(3)これらの検討を受けて、新しいOSSEを実施し、論文投稿を目指す。
(4) 疑似観測データの生成、事例の抽出などについて検討し、実観測データ同化実験の準備を行う。
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Research Products
(15 results)
