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Enhancement of Variational Data Assimilation Using Observation Big Data

Research Project

Project/Area Number 19K23467
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0204:Astronomy, earth and planetary science, and related fields
Research InstitutionJapan, Meteorological Research Institute

Principal Investigator

Fujita Tadashi  気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 室長 (50847283)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords観測誤差相関 / 流れに依存する背景誤差 / データ同化 / 高頻度高密度観測 / ドップラー速度 / 四次元変分法 / ドップラーレーダー / 流れ依存
Outline of Research at the Start

気象観測技術の高度化に伴い、観測データの高頻度高密度化が急速に進んでいる。膨大な量の観測ビッグデータから得られる大気の詳細な情報を、数値予報モデルの初期値作成に利用できれば、集中豪雨など顕著現象の気象予測の精度向上が期待できる。一方で、密な観測データを数値予報システムに反映する方法は十分に確立しておらず、活用されるのはごく一部である。本研究では、高頻度高密度の観測ビッグデータを十分に活用し気象予測に役立てるために必要となる、データ同化技術の高度化を検討する。

Outline of Final Research Achievements

We investigated the enhancement of data assimilation scheme for the effective use of high-frequency, high-density observation data in numerical weather prediction. The time and space correlations of Doppler velocity observation error were statistically diagnosed and modeled to be used in variational data assimilation. An experiment using a simple variational data assimilation scheme showed that the detailed information of high-density observations was properly incorporated into analyses by taking into account the observation error correlation. Then, we conducted an experiment assimilating Doppler velocity observations considering observation error correlations using a four-dimensional variational data assimilation scheme with the flow-dependent background error. The experiment showed that the flow-dependent background error was important for extracting detailed information from high-frequency, high-density observation data according to the atmospheric situations.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、日本の高度なレーダー観測技術により蓄積された高品質なドップラー速度データを用いて、観測誤差の時間空間相関の分析を行った。ドップラー速度について、観測誤差の空間相関に加えて、時間相関についても考慮した取り組みはこれまで見られない。さらに、データ同化手法として「流れに依存する背景誤差」を導入した四次元変分法を用い、観測誤差と背景誤差を共に高度化したシステムを用いた。このような先進的な手法による高頻度高密度データ同化技術の新しい知見は、時間空間スケールが小さい集中豪雨をはじめとする顕著現象を中心に、数値予報の予測精度向上に資するものである。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] 第12回データ同化ワークショップの報告2022

    • Author(s)
      川畑拓矢, 上野玄太, 中野慎也, 藤井陽介, 三好建正, 増田周平, 藤田匡, 雨宮新, 小槻峻司, 清水宏幸, 関谷高志, 森下侑哉
    • Journal Title

      天気

      Volume: 69 Pages: 593-596

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effects of Flow Dependency Introduced by Background Error in Frequent and Dense Assimilation of Radial Winds Using Observation Error Correlated in Time and Space2022

    • Author(s)
      Tadashi Fujita, Hiromu Seko, Takuya Kawabata
    • Journal Title

      Monthly Weather Review

      Volume: 150 Issue: 3 Pages: 481-503

    • DOI

      10.1175/mwr-d-21-0121.1

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Variational Data Assimilation with Spatial and Temporal Observation Error Correlations of Doppler Radar Radial Winds2020

    • Author(s)
      T. Fujita, H. Seko, T. Kawabata, Y. Ikuta, K. Sawada, D. Hotta, M. Kunii
    • Journal Title

      WGNE Research activities in Earth system modelling

      Volume: 50 Pages: 0105-0106

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] 観測誤差相関を考慮した変分法によるドップラー速度データ同化の検討2020

    • Author(s)
      藤田匡
    • Journal Title

      数値予報課報告・別冊, 気象庁予報部

      Volume: 66 Pages: 145-155

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  • [Presentation] スケールを考慮した変分法による高頻度高密度データ同化手法の検討2022

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      日本気象学会2022年度春季大会
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  • [Presentation] ドップラー速度、AMV同化の検討2022

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      「線状降水帯の機構解明・予測技術の向上」発表会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ドップラー速度の変分法データ同化の高度化の検討2022

    • Author(s)
      藤田 匡, 瀬古弘, 川畑拓矢
    • Organizer
      第12回データ同化ワークショップ
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 変分法によるドップラー速度等のスケール依存同化の検討2022

    • Author(s)
      藤田 匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三
    • Organizer
      「富岳」成果創出加速プログラム防災・減災に資する新時代の大アンサンブル気象・大気環境予測2021年度成果発表会
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  • [Presentation] Enhancement in Assimilation of Doppler Radar Radial Winds2021

    • Author(s)
      Tadashi Fujita, Hiromu Seko, Takuya Kawabata, Ken Sawada, Daisuke Hotta, Yasutaka Ikuta
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Enhancement of Variational Assimilation of High-Frequency and High-Resolution Radial Wind2021

    • Author(s)
      Tadashi Fujita, Hiromu Seko, Takuya Kawabata, Ken Sawada, Daisuke Hotta, Yasutaka Ikuta
    • Organizer
      WCRP-WWRP Symposium on Data Assimilation and Reanalysis
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スケールを考慮したドップラー速度の変分法データ同化の検討2021

    • Author(s)
      藤田匡
    • Organizer
      日本気象学会2021年度秋季学会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Assimilation of Radial Winds with Observation Error Correlated in Time and Space2021

    • Author(s)
      Tadashi Fujita, Hiromu Seko, Takuya Kawabata, Ken Sawada, Daisuke Hotta, Yasutaka Ikuta
    • Organizer
      International Symposium on Data Assimilation - Online
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] メソモデルへの観測誤差相関の導入とそのインパクト―変分法によるレーダーデータ同化高度化の検討―2020

    • Author(s)
      藤田匡
    • Organizer
      統計数理研究所・気象研究所データ同化勉強会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 変分法によるドップラー速度同化の高度化に向けた検討2020

    • Author(s)
      藤田匡
    • Organizer
      第一回先端的データ同化と巨大アンサンブル手法に関する研究会(サブテーマB)
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 変分法によるドップラー速度のデータ同化:ウェーブレット空間での制御変数の検討2020

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 岡本幸三, 澤田謙, 堀田大介, 幾田泰酵
    • Organizer
      日本気象学会2020年度秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 観測誤差時空間相関を考慮した変分法によるドップラー速度データ同化の検討2020

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 澤田謙, 堀田大介, 幾田泰酵, 國井勝, 塚本暢, 秋元銀河
    • Organizer
      ポスト京重点課題4成果報告会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] レーダーデータ同化調査の進捗報告2020

    • Author(s)
      藤田匡
    • Organizer
      ポスト京重点課題4サブ課題A 2019年度第三回研究連絡会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ドップラー速度の観測誤差相関を考慮した変分法データ同化の検討2020

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 澤田謙, 堀田大介, 幾田泰酵, 國井勝, 塚本暢, 秋元銀河
    • Organizer
      日本気象学会2020年度春季大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Time and Space Observation Error Correlation of Doppler Radar Radial Winds2019

    • Author(s)
      Fujita, T., H. Seko, T. Kawabata, D. Hotta, K. Sawada, Y. Ikuta, M. Kunii, T. Tsukamoto, and G. Akimoto
    • Organizer
      39th International Conference on Radar Meteorology
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 変分法によるレーダーデータ同化高度化の検討2019

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 澤田謙, 堀田大介, 幾田泰酵, 國井勝, 塚本暢, 秋元銀河
    • Organizer
      日本気象学会2019年度秋季大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 観測誤差相関を考慮した変分法によるドップラー速度データ同化の検討2019

    • Author(s)
      藤田匡, 瀬古弘, 川畑拓矢, 澤田謙, 堀田大介, 幾田泰酵, 國井勝, 塚本暢, 秋元銀河
    • Organizer
      第21回非静力学モデルに関するワークショップ
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] レーダーデータ同化に関する調査2019

    • Author(s)
      藤田匡
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      ポスト京重点課題4サブ課題A 2019年度第一回研究連絡会
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  • [Presentation] レーダーを活用した変分法データ同化の検討2019

    • Author(s)
      藤田匡
    • Organizer
      2019年度第1回高解像度豪雨予測とアンサンブル同化摂動手法に関する研究会(第7回アンサンブルデータ同化摂動に関する研究会)
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ドップラー速度同化の高度化の検討2019

    • Author(s)
      藤田匡
    • Organizer
      2019年度第2回高解像度豪雨予測とアンサンブル同化摂動手法に関する研究会(第8回アンサンブルデータ同化摂動に関する研究会)
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      2019 Research-status Report

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Published: 2019-09-03   Modified: 2024-01-30  

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