2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study on global terrestrial hydrodynamics with satellite earth observations
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21H05002
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
沖 大幹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50221148)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芳村 圭 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50376638)
花崎 直太 国立研究開発法人国立環境研究所, 気候変動適応センター, 室長 (50442710)
山崎 大 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70736040)
鼎 信次郎 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (20313108)
田中 賢治 京都大学, 防災研究所, 教授 (30283625)
小槻 峻司 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 教授 (90729229)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 水文学 / 衛星観測 / 陸域モデル / データ同化 / 地球表層水動態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度に開発した陸域水循環データ同化システムの適用と検証を進めた。衛星高度計の実観測データを同化するアルゴリズムを用いて、地球全域を対象に複数手法のデータ同化実験を行った。観測値を直接同化するのではなく、正規化処理を行なってからモデルに同化することで、河川流量モニタリングの精度が向上することがわかった。また、アンサンブルデータ同化手法を用いた陸面同化システムを開発した。土壌水分を同化する双子実験を実施し、土壌水分のデータ同化により、観測値よりも精度よく、土壌水分を予測可能であることを示した。
人間活動を考慮した水循環データ同化に向けたモデル開発と精度検証を進めた。近年を対象とした5分空間解像度での全球水資源モデルシミュレーションを行い、世界の主要都市を襲った大渇水の再現計算への準備を進めた。また、都市への導水路のモデル化と水ストレス指標について、導水路のデータ化、全球水資源モデルへのプロトタイプ導入を行った。さらに、全球水循環モデルの相互比較プロジェクトISIMIPにおいて、参加モデルの貯水池操作モデルの計算結果を現地観測データがない地域・期間を含めて検証するための衛星観測利用手法の開発を進めた。
山岳域における気象外力の高度化に必要な観測データを集取するため、カラバカック氷河中部とグレゴリー氷河下部の融解域に新たに氷河熱収支観測システムを設置した。微地形を元に短波放射を補正し、陸面過程モデルSiBUCを複数の氷河涵養流域に適用し、河川流量の成分（雨水，融雪水，融氷水）の標高帯別の季節変化を再現した．
また、国際的なアウトプットとして、世界気象機関の「State of Global Water Resources 2021」に、実時間全球陸域水文量推計システムToday's Earthからの河川流量データを提供した
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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
陸域水循環データ同化システムの開発は、概ね順調に進行している。河川水動態再解析については、これまでは仮想観測データを用いたOSSE実験が主体であったが、衛星高度計の実観測データを用いた河川データ同化が実施できるようになり、学術論文として発表した。陸面モデルへのデータ同化についても、土壌水分に関する同化手法が開発されており、順調に推移している。陸面同化システム自体は、陸面モデルと切り離して開発を進めており、陸面モデル一般に適用可能な同化システムとして開発している。
人間活動を考慮した陸域水循環再解析に向けたモデルやシミュレーションの準備も整いつつある。近年を対象とした5分空間解像度での全球水資源モデルシミュレーションについては、当該解像度の気候フォーシングデータを準備し、シミュレーションを実行し、水収支の確認などを行う中で不具合の修正などを進めた。都市への導水路のモデル化については、世界の代表的な導水路のデータを全球水資源モデルの中へとハードコーディングし、導水路を陽に含んだ形での計算を試行した。
また、貯水池操作に焦点を当てて、河川動態モデルの改良と衛星観測による検証の高度化の両面から順調に研究開発を進めている。それをリアルタイムで運用するためのToday's Earthにダムモジュールを搭載した統合陸域シミュレータ（ILS）を用いての高解像度化（全球10km）の準備が進められている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は人間活動を考慮したモデルによる陸域水動態データ同化手法の開発を重点的に行う。
これまでは、自然状態の流れを仮定した全球河川モデルを物理コアとしてデータ同化を行ってきたが、現実の河川流れはダム操作など、人間活動の影響を受けている。そこで、ダム操作スキームを導入した全球河川モデルを用いたデータ同化手法を開発し、河川流量の推計精度が向上するかを検討する。また、全球水資源モデルH08にデータ同化を実装するために、リスタート機能の実装や計算方式の効率化など、人間活動を含めた水循環モニタリングに向けたシステム開発に取り組む。衛星によるダム貯水池の水面変動データが近年多数利用可能になったため、これを陸域水動態データ同化に活用する手法を検討する。
モデルの高解像度化に伴い、河川流域間の水輸送を陽に表現する必要性がでてきたため、運河導水スキームの高度化に取り組む。計算アルゴリズムの改良によってモデルの開発効率と計算効率を大幅に高めるとともに、都市への導水路のモデル化を継続し、全球5分解像度において導水路を部分的に陽に部分的に陰に表現することによって全球での都市水ストレス評価を試行する。
さらに、来年度は陸面データ同化実験の拡張にも取り組む。衛星観測土壌水分を同化し、陸面フラックスや流出量などの陸面モデルからの予測変数が改善されているかを確認する。
その他、データ同化による陸域水循環再解析プロダクトの高度化に向けて、静止気象衛星の日射データを用いた気象外力データの高度化や、陸域統合シミュレータを用いた要素モデルの結合を進める。
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Research Products
(72 results)
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[Journal Article] Increased floodplain inundation in the Amazon since 19802023
Author(s)
Fleischmann Ayan S、Papa Fabrice、Hamilton Stephen K、Fassoni-Andrade Alice、Wongchuig Sly、Espinoza Jhan-Carlo、Paiva Rodrigo C D、Melack John M、Fluet-Chouinard Etienne、Castello Leandro、Almeida Rafael M、Bonnet Marie-Paule、Alves Luna G、Moreira Daniel、Yamazaki Dai、Revel Menaka、Collischonn Walter
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Journal Title
Environmental Research Letters
Volume: 18
Pages: 034024～034024
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The timing of unprecedented hydrological drought under climate change2022
Author(s)
Satoh Yusuke、Yoshimura Kei、Pokhrel Yadu、Kim Hyungjun、Shiogama Hideo、Yokohata Tokuta、Hanasaki Naota、Wada Yoshihide、Burek Peter、Byers Edward、Schmied Hannes M?ller、Gerten Dieter、Ostberg Sebastian、Gosling Simon Newland、Boulange Julien Eric Stanslas、Oki Taikan
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Pages: 3287
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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