2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improving LETKF assimilation of remotely-sensed dense observations through direct model-space covariance localization
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17H07352
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
堀田 大介 気象庁気象研究所, 予報研究部, 主任研究官 (60805365)
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| Project Period (FY) |
2017-08-25 – 2019-03-31
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| Keywords | データ同化 / 地上GNSS観測 / アンサンブル・カルマンフィルタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では地上GNSS観測や衛星輝度温度観測等の非局所的で観測「位置」の概念が明確に定義されない観測を局所アンサンブル変換カルマンフィルタ（LETKF）で同化する際、背景誤差共分散の局所化を従前の手法のように観測誤差分散を人工的に膨張させることにより間接的に行う(R局所化)代わりにモデル空間で直接行う（B局所化）ことにより解析・予報精度を飛躍的に改善することを目指している。
2年計画の初年度である平成29年度は、本研究で提案する手法の定式化を理論的に検討し、現実大気と現実のGNSS観測を理想化した鉛直一次元実験により以下の点を明らかにした：
（1）局所化行列が10モード程度の低ランク近似で十分に表現可能であること、(2)背景誤差共分散または観測演算子の少なくともどちらか一方が空間方向に広がった構造を持つ場合、新規に提案する手法（B局所化）が従前の手法（R局所化）よりも最適な解析インクリメントに近い解を与えること。
（1）は提案する手法の現実的な計算資源で実現可能であることを示唆する点で、また（2）は提案する手法がどのような観測データに対して、あるいはどのような気象条件で、特に有効となるかを明らかにした点で、本研究の遂行にとって重要な知見である。
上記の手法を現実の観測データに適用する際に重要な課題として、如何にして最適な観測誤差共分散の設定値を見積もるか、という問題がある。平成29年度には、代表者が学位論文以来開発してきた、アンサンブル予報を用いた感度解析手法を応用し、予報精度が改善するように観測誤差の設定を同化サイクルを通じて逐次調整することにより、同化に使用する観測誤差の設定値を最適な値に収束させることが可能であることを明らかにした。この研究は大変順調に進展し、年度中にアメリカ気象学会のMonthly Weather Review誌に掲載することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画では定式化の理論的な検討と並行して、理想実験と実モデル・実データ実験の中間的な設定に当たる観測システムシミュレーション実験（OSSE）を次年度(平成30年度)の早期に実行できるようnature run（擬似真値）と擬似観測データの作成を本年度(平成29年度)の後半に行うこととしていた。しかし、理論的な検討の結果、本研究で提案する手法が真に有効となる条件が明確となり、OSSE実験を行う事例を注意深く選定する必要があることが判明したため、擬似真値の作成を先延ばしし事例の選定に時間をかけることとした。このため擬似真値の作成が当初予定より遅れているが、作成に必要な技術的事項は確認してあるため、平成30年度中に十分挽回可能と考えている。
この他、「研究実績の概要」欄に記した通り、観測誤差共分散の推定手法の開発において大きな進捗があったことから、総じて研究計画は順調に進捗していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に従い、OSSE実験の実行に向けた作業を進める。年度の前半に事例の選定および擬似真値・擬似観測データの作成を行い、年度の後半までにOSSE実験の実行と結果の分析を通じて、1次元の理想実験の結果から得られた通りに新手法により非局所観測データの同化が改善されるかどうかを調べる。並行して、平成29年度に行った理論的検討と1次元理想実験の結果を投稿論文にまとめる作業を行う。
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Research Products
(10 results)
