2021 Fiscal Year Research-status Report
スピンダウン問題解決に向けた変分法同化スキームへの水蒸気バランス機構の導入
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19K23468
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
澤田 謙 気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 主任研究官 (10847205)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 変分法データ同化 / 制約付き最適化 / 降水再現性 / スピンダウン / スピンアップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気象予報においては、高精度の観測データや精緻な数値予測モデルに加えてそれらを繋ぐ高品質な初期値を作成するデータ同化技術が重要である。しかしながら現状のデータ同化技術の限界のため、数値予測モデルによる降水表現が予測初期に過剰（スピンダウン）もしくは過少（スピンアップ）となることがある。このような問題の解決に向けて、モデル変数間の水蒸気量に関するバランスを保つ仕組みを変分法データ同化に組み込み、観測データや予測モデルとの整合性がより高い初期値を作成することを試みてきた。数事例での比較実験により、新手法で導入したパラメータの広い範囲の値で予測初期の降水再現性の向上が統計的に確認できた。各事例での初期値の3次元的な気象場の詳細な解析により、新手法では大気中下層で（過飽和状態を許容しないため）平均的には水蒸気量が減り気温が上がるものの、降水現象のトリガーとなりうる領域では局所的に多くの水蒸気を含むことが可能となることもわかった。そのような初期値からの予測は従来手法に比べ初期ショックが小さく円滑な対流形成を促すことも確認できた。また、新手法の汎用性の調査のために、現業メソ解析システムとして利用されているasuca-Varへの導入に向けてプログラム内での過飽和の取り扱いを調査しつつ、実装を進めた。さらに、誤差分布に関する統計的な調査を行い，湿度が上下限（100%および0%）に近いところにおいて新手法では平滑化の効果があることが確認した。ただし、誤差分布においてみられる新手法の影響の解釈や評価についてはさらなる検討が必要と考えている。
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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
本研究課題で計画していた内容（ペナルティ項を利用した新手法の実装、事例ごとの効果の検証、統計的な効果の検証、降水再現性向上に至るメカニズムの解明など）については概ね実施することができ、それらについて論文として発表することが出来た。また、別のメソ同化システム（asuca-Var）への新手法の導入による効果を調査し、実装を進めた。その実装はまだ完了していないが、その原因は、誤差統計の調査から示唆された非ガウス型誤差分布との関連の調査を優先したためである。ペナルティ項と非ガウス型誤差分布との関連に関する確立した理論は知られておらず、新たな理論構築も含めたさらなる検討が必要と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
asuca-Varへの新手法の実装を完了させ、データ同化システムの違い（特に同化におけるforwardモデルが非線形であること）が、影響を及ぼす程度・範囲を調査し、新手法の汎用性に関する知見を得ることを目指す。また、ペナルティ項と非ガウス型誤差分布との関連について理論的な検討をすすめ、新たな理論構築にむけた糸口をつかむことを目指す。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響により成果発表のための学会や研究会が延期もしくはオンライン化されたため、次年度使用額が生じた。今後、得られた結果の論文や研究集会等での成果発表を中心に使用する計画である。
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