2021 Fiscal Year Research-status Report

Quantification of assimilation condition for estuary with ensemble Kalman filter

Research Project

Project/Area Number	21K14255
Research Institution	National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
Principal Investigator	松崎義孝国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, 主任研究官 (10536684)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	アンサンブルカルマンフィルタ / 沿岸・河口域 / アンサンブルの生成 / 伊勢湾 / 摂動 / 境界条件 / 領域沿岸データ同化
Outline of Annual Research Achievements	沿岸・河口域の水温や塩分などの数値シミュレーションを行う際は、天候、河川、および外洋と接続する部分（側方境界）の状態を設定する必要がある。それらを境界条件と呼ぶ。数値シミュレーションの精度は境界条件の正確性に大きく依存するものの、正確に境界条件を設定することは困難である。そこで、観測データと数値シミュレーションモデルの両方から情報を抽出し、統計的に組み合わせて最適な解を得る方法であるデータ同化により、数値シミュレーションに観測値を入力することで、数値シミュレーションの精度向上を狙った研究を実施する。本研究では、大気境界条件、側方境界条件、河川境界条件の不確実性に起因するモデル誤差を考慮して、沿岸・河口域の領域沿岸データ同化システムにおける背景誤差共分散の定量的算出方法を検討するとともに、得られた背景誤差共分散から沿岸・河口域全体の相関関係を検討することを目的とする。当該年度は、伊勢湾を対象として水温と塩分の実際の観測値を用いた1年間のデータ同化実験を実施した。その結果、1年間を通した安定的なデータ同化が実施され、提案されたデータ同化方法の適用性とロバスト性が示された。また、境界条件のモデル誤差の設定方法の感度解析を行った結果、大気境界条件、側方境界条件、河川境界条件のすべてに摂動を付加する重要性が示された。当該年度の成果は沿岸・河口域にデータ同化を適用するための最初のステップであり、本成果は、多くの研究者が他の沿岸・河口域にデータ同化システムを設定するのに役立つ。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当該年度の成果により、大気境界条件、側方境界条件、河川境界条件のすべてに摂動を付加したモデル誤差の表現することで、伊勢湾全体で物理量が修正されることを確認できた。すなわち、境界条件への摂動の付加が沿岸・河口域のアンサンブルカルマンフィルタの実施に重要であるという知見が得られた。これは一つの大きな成果であり、本成果を取りまとめた論文が採択されており、順調に進展していると判断される。
Strategy for Future Research Activity	当該年度までで境界条件にモデル誤差を考慮する必要性が示された。次年度以降は、境界条件の誤差量はどの程度にするべきか、という見積もりをを行う。誤差量は境界条件と観測値を比較することに算出することを想定する。
Causes of Carryover	当該年度は外部のスパコンを使用する予定であったが、弊所のコンピュータ資源に余裕があり、そちらを使用することでできたため、その分の予算執行がなかった。次年度以降は外部のスパコンを利用する予定であり、その費用に充当する。