2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of AI teaching materials for numerical experiments on meteorological phenomena in science at junior high schools using the JMA forecast model for disaster prevention education
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20H01666
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
名越 利幸 岩手大学, 研究支援・産学連携センター, 特任教授 (10527138)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 純至 東北大学, 理学研究科, 准教授 (00726193)
久坂 哲也 岩手大学, 教育学部, 准教授 (00779944)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 数値実験 / 防災教育 / 環境教育 / 情報教育 / 気象シミュレーター / AI気象災害検出 / 理科教育 / 気象教育 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気象学の研究手法においては，理論，観測，流体実験，数値実験が大きな柱である．しかし，教育の現場では，気象現象そのものが時々刻々変化し再現性がないために，理論と観測が中心となり，記述的な学問と考えられがちであった（名越・木村：1994著書③）．しかし，非定常の気象現象を数値実験で再現した理科教材例はない．
最近のPCは，十数年前のスパコン並みのCPU（インテルi7など）を搭載しており，気象庁の「数値予報モデル」や名古屋大学宇宙地球環境研究所坪木研究室の「CReSSクレス」を駆動させるに十分な性能を持っている．この進化したCPU技術やメモリーの安価化を受け，3D数値実験用に活用し，理科教育における科学実験の高度化を図り，このシステムを全国の学校や気象予報士の方々に普及・啓発することで，市民の防災・減災教育に貢献することが本研究の目的である．
来年度は，中学生向けの気象庁災害事例一覧から気象災害を選択、その日の天気図を見て、現象発生前後の日にちで数値実験可能なようなモードボタンを作成する。気象庁のアメダスデータの中で、各県の地方気象台のように多くの気象要素を観測している地点の気象データから、AIプログラムがその地域に代表的な気象の2要素を主成分分析により抽出、それを縦横軸にとり、カスタマー分析によりグルーピングをするプログラム開発を行う。結果の外れ値から気象災害が発生した日時を決定することができるようになる。そして、その日の気象MSMデータをダウンロードし、数値実験が可能になるソフト開発を目指す。
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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
本ソフトは、科学教育利用に加え、気象災害対策用に大きくバージョンアップしました。大きな改訂点は、地域のアメダスデータを用いた「AI災害検索」、気象災害の発生した日時を指定しての気象シミュレーションなど気象や防災の専門家仕様にしたことです。今回、3つのボタンの増設を予定しました。中学生向け（災害事例選択）、気象予報士・同キャスター向け（AI災害選択）、学生・院生と若手研究者向け（日時選択）の各ボタンです。
①災害事例選択では、気象庁のHPの災害をもたらした気象事例、発生したと思われる一連の日にちの中から指定日を数値シミュレーション及び感度実験が可能です。
②AI災害選択では、アメダスの地点データを決めるとAIが主成分分析をし、２つの気象要素を抽出します。さらにクラスター分析をして、日にちのグルーピング（2～7）をします。大きく外れた点（日）を叩くと、その日の天気図が現れ、感度実験などが可能です。
このように既存の感度実験パッケージがどの事例でも使用できるようになりました。
さらに、インストール時の不具合やコピー時間の短縮のために、一度ハードディスク上にコピーすると、すぐに立ち上がるように、よりユーザーフレンドリーになりました。
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| Strategy for Future Research Activity |
最後の開発モードとして、③日時選択では、気象災害が起きた日にちが特定されている場合、日にちを指定して数値シミュレーションと感度実験ができるソフト開発する。
また、本ソフトには、日々の天気図や各地点のアメダスデータ（気象庁）を収録し、災害事例選択、AI災害検索、日時選択では、数値実験設定時、MSMの初期値・境界値データをネットで取得、実行可能となる。従って、本ソフトによる数値実験が可能な諸条件を満たす期間は、2006年2月16日～2021年6月30日（約15年間）になる。特に、AI災害検索では、主成分分析で二つの気象要素を抽出、2つの要素でクラスター分析し、平面図に返します。従って、「飛び地のポイント」が気象災害をもたらした日時を示唆します。
数値計算の初期値・境界値は、気象庁のMSMデータを京大サーバーからダウンロードする予定である。学校や会社などの所属内では、本ソフトのコピー可能とし、一度コピー（初回11分程）すると、次回からの立ち上がりは2分程で済むようにする。さらに、描画ソフトGrADSのユーザーの方は、VMウエアー内に、GrADSファイルとして出力していますので、自分好みに結果を表示することも可能にします。最新のコンパイラ―を導入したことで、計算スピードも増加しました。このように、前作よりユーザーフレンドリーになっています。
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Research Products
(1 results)
