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結合データ同化システム開発の方法と応用

Research Project

Project/Area Number 17H00728
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Statistical science
Research InstitutionThe Institute of Statistical Mathematics

Principal Investigator

上野 玄太  統計数理研究所, モデリング研究系, 教授 (40370093)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三好 由純  名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10377781)
中野 慎也  統計数理研究所, モデリング研究系, 准教授 (40378576)
藤井 陽介  気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (60343894)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥40,040,000 (Direct Cost: ¥30,800,000、Indirect Cost: ¥9,240,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2018: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2017: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Keywordsデータ同化 / 結合モデル / 大気海洋 / ジオスペース / 海洋
Outline of Annual Research Achievements

研究代表者の上野は、ここ数年の間にデータ同化システムにおける正則化パラメータの最適化手法を開発し、大規模なシステムを対象とするデータ同化システムのパラメータ調整作業に解決策を与えた。データ同化システムにおいて、物理モデルと観測データそれぞれの重みを表すノイズの分散共分散行列の調整は必須であるが、一連の研究成果により、大規模なシステムを対象とするため膨大になりうるパラメータ調整作業に解決策を与えたものである。本応募課題は、物理モデルと観測データの関係において開発してきたこれらの研究成果を発展させ、結合システムを構成する各領域の物理モデル同士の関係に導入するものである。結合領域間の相互作用を統計的にモデル化し、そのパラメータを同成果を用いて最適化することにより、従来は困難であった時間スケールが異なる各領域の状態の同時推定が可能になることが期待できる。

平成30年度は以下の研究を進めた。(1)昨年度、気象研究所結合同化システムを用いて、2014-2015年の2年間の再解析実験を実施したが、本年度は追加実験として、大気データ同化において熱帯域の観測データの重みを下げ大気の拘束を弱める実験と、衛星データを除き現場観測などの従来型観測データのみを同化する実験を実施した。両者とも通常の結合データ同化と大気・海洋間のデータ受け渡しを遮断した実験を行い、いずれの場合でも大気海洋結合により熱帯域の降水バイアスが減少していることが確認された。(2)数値天気予報モデルによる予報実験の結果から結合予測における入力データのインパクトについての統計的な評価を実施し、結合同化による海洋場の修正が、予測精度の向上に寄与していることを確認した。(3) Particle Filterを用いた放射線帯電子フラックス変動のデータ同化システムの開発を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

結合同化システムにより予報性能の改善が確認できたことは喜ばしい結果であった。その一方で、結合同化システムに誤差が含まれている場合の検証の必要性に思い至り、結合モデルで発達する誤差の成長の解析を開始した。ブリーディング法により大気海洋結合モデルでの誤差成長モードを取り出す研究を進めている。

Strategy for Future Research Activity

(1)宇宙放射線、電磁場観測の観測モデルを実際の物理課程に即して構築する。
(2)大気・海洋・海氷結合同化システムを用いて再解析データを作成する。
(3)ジオスペース結合同化システムを用いて再解析データを作成する。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(40 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research Journal Article Presentation Book

  • [Int'l Joint Research] University of Colorado Boulder(米国)

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      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Visualization of rapid electron precipitation via chorus element wave-particle interactions2019

    • Author(s)
      Ozaki M. et al.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 10 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1038/s41467-018-07996-z

    • NAID

      120006550406

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Adjoint-Based Observation Impact Estimation with Direct Verification Using Forward Calculation2018

    • Author(s)
      Ishibashi Toshiyuki
    • Journal Title

      Monthly Weather Review

      Volume: 146 Pages: 2837-2858

    • DOI

      10.1175/mwr-d-18-0037.1

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      2018 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Geospace exploration project ERG2018

    • Author(s)
      Miyoshi Y.、Shinohara I.、Takashima T.、Asamura K.、Higashio N.、Mitani T.、Kasahara S.、Yokota S.、Kazama Y.、Wang S.-Y.、Tam S. W. Y.、Ho P. T. P.、Kasahara Y.、Kasaba Y.、Yagitani S.、Matsuoka A.、Kojima H.、Katoh Y.、Shiokawa K.、Seki K.
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 70

    • DOI

      10.1186/s40623-018-0862-0

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The ERG Science Center2018

    • Author(s)
      Miyoshi Y.、Hori T.、Shoji M.、Teramoto M.、Chang T. F.、Segawa T.、Umemura N.、Matsuda S.、Kurita S.、Keika K.、Miyashita Y.、Seki K.、Tanaka Y.、Nishitani N.、Kasahara S.、Yokota S.、Matsuoka A.、Kasahara Y.、Asamura K.、Takashima T.、Shinohara I.
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 70

    • DOI

      10.1186/s40623-018-0867-8

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Direct measurements of two-way wave-particle energy transfer in a collisionless space plasma2018

    • Author(s)
      Kitamura N.、Kitahara M.、Shoji M.、Miyoshi Y.、Hasegawa H.、Nakamura S.、Katoh Y.、Saito Y.、Yokota S.、Gershman D. J.、Vinas A. F.、Giles B. L.、Moore T. E.、Paterson W. R.、Pollock C. J.、Russell C. T.、Strangeway R. J.、Fuselier S. A.、Burch J. L.
    • Journal Title

      Science

      Volume: 361 Pages: 1000-1003

    • DOI

      10.1126/science.aap8730

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Data Assimilation2017

    • Author(s)
      上野 玄太
    • Journal Title

      J. of SICE

      Volume: 56 Issue: 9 Pages: 656-661

    • DOI

      10.11499/sicejl.56.656

    • NAID

      130006083186

    • ISSN
      0453-4662, 1883-8170
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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] The current development status of next seasonal ensemble prediction system (JMA/MRI-CPS3)2019

    • Author(s)
      Kubo, Y., Y. Adachi, J. Chiba, Y. Fujii, S. Hirahara, I. Ishikawa, S. Ishizaki, T. Komori, H. Sugimoto
    • Organizer
      99th AMS Annual Meeting
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  • [Presentation] Development of a global ocean 4DVAR system for coupled predictions and a plan of applying it for coupled data assimilation2019

    • Author(s)
      Fujii, Y., I. Ishikawa, H. Sugimoto, T. Toyoda, S. Urakawa, T. Komori, Y. Adachi
    • Organizer
      7th International Symposium on Data Assimilation (ISDA)
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  • [Presentation] 全球4次元変分法海洋同化システムの開発と結合同化への利用2019

    • Author(s)
      藤井陽介、石川一郎、杉本裕之、豊田隆寛、浦川昇吾、小森拓也、足立恭将
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      統計数理研究所共同研究集会「宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気海洋結合データ同化2018

    • Author(s)
      石橋俊之
    • Organizer
      第2回 理研・気象庁データ同化研究会
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  • [Presentation] 結合同化システムの短期再解析実験における降水量-SST関係2018

    • Author(s)
      小林ちあき、藤井陽介
    • Organizer
      気象学会春季大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Precipitation-SST relationship in a reanalysis dataset by a coupled atmosphere-ocean data assimilation system of JMA/MRI2018

    • Author(s)
      Chiaki Kobayashi , Yosuke Fujii
    • Organizer
      JpGU2018
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 次期季節予測システム(JMA/MRI-CPS3)の開発状況について2018

    • Author(s)
      久保勇太郎、足立恭将、石川一郎、石崎士郎、小森拓也、杉本裕之、千葉丈太郎、平原翔二、藤井陽介
    • Organizer
      第22回海洋データ同化夏の学校
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of a global ocean and coupled data assimilation for subseasonal to seasonal forecasts in Japan Meteorological Agency2018

    • Author(s)
      Fujii, Y., T. Toyoda, S. Urakawa, H. Sugimoto, I. Ishikawa, Y. Takaya, C. Kobayashi, T. Ishibashi, and T. Iriguchi
    • Organizer
      International Conferences on subseasonal to decadal prediction
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recent progress in ocean observing system evaluation in JMA and GODAE OceanView2018

    • Author(s)
      Fujii, Y.
    • Organizer
      5th Steering Committee of TPOS2020
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Coupled weather and S2S predictions2018

    • Author(s)
      Takaya, Y.
    • Organizer
      5th Steering Committee of TPOS2020
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 全球結合予測のための海洋データ同化システムの開発2018

    • Author(s)
      藤井陽介、石川一郎、豊田隆寛、浦川昇吾、杉本裕之
    • Organizer
      異常気象研究会・第5回観測システム・予測可能性研究連絡会「季節予測システムの進展と異常気象の要因分析」
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 結合同化システムの短期再解析実験における降水量―SST関係2018

    • Author(s)
      小林ちあき、藤井陽介、石川一郎
    • Organizer
      異常気象研究会・第5回観測システム・予測可能性研究連絡会「季節予測システムの進展と異常気象の要因分析」
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Flux evolutions of relativistic electrons of the outer radiation belt as seen from the first year observation of Arase2018

    • Author(s)
      Yoshizumi Miyoshi他
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Flux evolution of relativistic electrons of the outer radiation belt associated with coronal hole streams: Arase observations2018

    • Author(s)
      Yoshizumi Miyoshi他
    • Organizer
      米国地球物理学連合総会
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] アンサンブル予報と確率分布推定2018

    • Author(s)
      上野玄太
    • Organizer
      第81回CAVE研究会
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    • Invited
  • [Presentation] Bayesian estimation of the observation error covariance matrix in ensemble-based filters2018

    • Author(s)
      Ueno, G.
    • Organizer
      6th International Symposium on Data Assimilation (2018)
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Subseasonal prediction experiment using an atmosphere-ocean coupled data assimilation system2018

    • Author(s)
      Takaya, Y., Y. Fujii, T. Ishibashi, C. Kobayashi
    • Organizer
      2018 Ocean Sciences Meeting
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of tropical Atlantic SST on Asian monsoon in the summer of 20102018

    • Author(s)
      Saito, N., Y. Takaya, Y. Imada, and Y. Takatsuki
    • Organizer
      2018 Ocean Sciences Meeting
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Ocean data assimilation systems in JMA and their representation of SST and sea ice fields, 2018-01-23 Workshop on observations and analysis of sea-surface temperature and sea ice for NWP and climate applications2018

    • Author(s)
      Fujii, Y., T. Toyoda, N. Usui, N. Hirose, Y. Takaya, C. Kobayashi, N. Saito, T. Ishibashi, T. Iriguchi, M. Nosaka, S. Hirahara, T. Komori ,and Y. Adachi
    • Organizer
      The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF)
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] データ同化システム構築の次の方法2017

    • Author(s)
      上野玄太
    • Organizer
      SICE制御部門データ科学とリンクした次世代の適応学習制御調査研究会第1回講義会「データ同化とデータ駆動型の科学」
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      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Data assimilation and optimal error covariance2017

    • Author(s)
      Ueno, G.
    • Organizer
      2nd ISM-ZIB-IMI MODAL Workshop
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 気象予測の舞台裏:シミュレーションとアンサンブル2017

    • Author(s)
      上野玄太
    • Organizer
      大学共同利用機関シンポジウム
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 結合モデルへのデータ同化2017

    • Author(s)
      上野玄太
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      名古屋大学宇宙地球環境研究所研究集会「宇宙環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of a Coupled Atmosphere-Ocean Data Assimilation System Reanalysis in JMA/MRI2017

    • Author(s)
      Fujii, Y., C. Kobayashi, T. Ishibashi, Y. Takaya, and Y. Takeuchi
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      5th International Conference on Reanalysis (ICR5)
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  • [Presentation] GODAE Ocean View Activities in JMA (and Japan)2017

    • Author(s)
      Fujii, Y., N. Usui, T. Toyoda, N. Hirose, and H. Igarashi
    • Organizer
      8th Annual meeting of the GODAE Ocean View Science Team
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      2017 Annual Research Report
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  • [Presentation] Coupled Atmosphere-Ocean Data Assimilation (CDA) System Reanalysis in JMA/MRI2017

    • Author(s)
      Fujii, Y., T. Ishibashi, Y. Takaya, and C. Kobayashi
    • Organizer
      16th CAS-TWAS-WMO Forum Symposium on Advance in Seasonal to Decadal Prediction
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 気象庁全球海洋データ同化システム2017

    • Author(s)
      杉本裕之
    • Organizer
      第21回データ同化夏の学校
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 気象庁全球数値予報システムを使ったデータ同化研究2017

    • Author(s)
      石橋俊之
    • Organizer
      第21回データ同化夏の学校
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 全球大気(及び海洋)解析のためのデータ同化研究2017

    • Author(s)
      石橋俊之
    • Organizer
      研究集会「宇宙環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 気象研究所における大気海洋結合同化システムの開発と再解析実験2017

    • Author(s)
      藤井陽介, 石橋俊之、小林ちあき、高谷祐平、入口武史、豊田隆寛、斉藤直彬、杉本裕之
    • Organizer
      研究集会「宇宙環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Weather Prediction Experiments using a Coupled Atmosphere-Ocean Data Assimilation System in JMA/MRI2017

    • Author(s)
      Toshiyuki Ishibashi, Takeshi Iriguchi, Yosuke Fujii, Tamaki Yausda, Yuhei Takaya, Naoaki Saito, Yoshiaki Takeuchi
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 気象研究所大気海洋結合同化システム(MRI-CDA1)の数値天気予報システムとしての性質2017

    • Author(s)
      石橋俊之
    • Organizer
      日本気象学会2017年度春季大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Book] 人工知能学大事典2017

    • Author(s)
      人工知能学会
    • Total Pages
      1600
    • Publisher
      共立出版
    • ISBN
      9784320124202
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2020-08-26  

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