海洋中規模現象及び大循環解明のためのデータ同化法の開発

• 研究課題/領域番号: 07044050
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 池田 元美 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 教授 (50261227)
• 研究分担者: キュー ハワイ大学, 助教授 ; ベル 連合王国気象局, 研究員 ; ギル カリフォルニア大学, 教授 ; フクモリ ジェット推進研究所, 研究員 ; シュローター アルフレッド, ウェグナ研究所, 研究員 ; エヴェンセン ナンセン, センター, 研究員 ; ウー 中国海洋局, 主任研究員 ; ネシャエフ シャーショフ海洋研究所, 研究員 ; ヤレムチャック シャーショフ海洋研究所, 研究員 ; 島 茂樹 日本海洋科学振興財団, むつ海洋研究所, 主任研究員 ; 和方 吉信 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (90201871) ; 久保田 雅久 東海大学, 海洋学部, 教授 (90147124) ; 蒲地 政文 気象庁気象研究所, 主任研究官 ; 山形 俊男 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (50091400) ; SHROETER Jens Alfred Wegner Institute of Polar Research ; EVENSEN Geir Nansen Remote Sensing and Environment Center ; WU Huiding State Oceanographic Administration ; NECHAEV Dmitry Shirshov Institute of Oceanography ; YAREMCHUK Max Shirshov Institute of Oceanography ; QIU Bo University of Hawaii ; BELL Michaei British Meteorological Office ; GHIL Michael University of California ; キュー ハワイ大学, 助教授 ; ベル 連合王国気象局, 研究員 ; ギル カリフォルニア大学, 教授 ; フクモリ ジェット推進研究所, 研究員 ; シュローター アルフレッド, ウェグナ研究所, 研究員 ; エヴェンセン ナンセン, センター, 研究員 ; ウー 中国海洋局, 主任研究員 ; ネシャエフ シャーショフ海洋研究所, 研究員 ; ヤレムチャック シャーショフ海洋研究所, 研究員 ; ギル カルフォルニア大学, 教授 ; シュローター アルフレッド, ウェグナ研究所, 研究員 ; エヴェンセン ナンセン, センター, 研究員 ; ウー 中国海洋局, 主任研究員 ; ネシャエフ シャーショフ海洋研究所, 研究員 ; ヤレムチャック シャーショフ海洋研究所, 研究員
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円); 1996年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 1995年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
• キーワード: 海洋物理 / データ同化 / 衛星観測 / 変分法 / 随伴方程式法 / カルマン・フィルター法

研究概要

(7年度)
データ同化の手法を海洋物理現象解明に応用することは新しい試みであるので、研究代表者、国内研究分担者及び協力者が情報を持ちより、お互いの認識を高めることが必須であった。そこで上記グループに広く研究者を加えて、7月につくばで研究集会を開いた。ここで既存データ同化法のレヴュ-、データの検索と収集交換を行った。
代表者をカナダに派遣し、ロシア分担者(当時カナダ在住)の随伴方程式法について調査・研究を行なった。またこのロシア分担者2名を1.5か月招へいし、代表者の研究課題に参画してもらった。また国内分担者の研究機関を訪問し、研究課題について打ち合わせを行なった。短期間ではあったが、ロシア分担者は代表者たちとの議論も含めて、研究成果を論文にまとめ学術誌に投稿した。
国内分担者(蒲地 政文)をノルウェーに派遣し、ノルウェー分担者の専門分野であるカルマン・フィルター法の調査を行った。国内には当分野の専門家がいないため、この派遣は必須であった。
計画における初年度の目的は達成された。随伴方程式法とカルマン・フィルター法の調査・研究は計画どうり遂行できた。また国内の分担者以外の研究者に十分情報を与えることもできた。
(8年度)
海外研究者から高度なデータ同化の手法および海洋物理への応用例についての情報を収集した。8月にむつで研究連絡会を開催し、分担者以外の日本人研究者にも参加をよびかけ、約40名の参加者を得た。海外からの研究者は、ノルウェー、ドイツ、アメリカ合衆国、連合王国からの招聘であった。随伴方程式法においては、3次元モデルにおいて非線形性と拡散が大きくなる場合に、より簡略な力学モデルに同化する方が適切であるという指摘が出た。カルマン・フィルター法においては、非線形方程式を取り扱う場合により高度な方法を用いて、不安定性を取り去る必要があると示唆された。
代表者をアメリカ合衆国に派遣し、ロシア分担者と共同研究を行ううえで必要になる太平洋大循環データへの応用について、アメリカ合衆国分担者と情報交換を行った。
夏の研究連絡会以降、大学院学生も含めた研究者の間で、電子メイルによる研究会を作った。データ同化における基本的技術を修得するために、基礎となる問題を提出しそれに対する解答を提出する形式である。随伴方程式法とカルマン・フィルター法についての問題が投稿され、解答が寄せられた。本課題が終了しても、この電子メイル・スクールは継続していく計画である。
代表者たちによる調査研究の結果、以下の所見を得た。随伴方程式法を用いて、海面高度計データを海洋中規模現象モデルに同化すると、海洋下層の流れも半分程度まで再現できることがわかった。随伴方程式法によって、海面ブイの運動から陸棚上の循環を下層でも求められることを示した。随伴方程式法あるいはカルマン・フィルター法を用いて、海面高度計と漂流ブイのデータを同化する際、それぞれのデータの特徴を利用して流れ場をより正確に再構築できることがわかった。海洋混合層モデルに水温、塩分などの海面でのデータを同化することによって、混合層以深の状態を推定することが可能であるという所見を得た。またいろいろな衛星データを同時に同化する方法については、手法は確立されているが、その結果を検証するデータセットを構築する必要があることが判明した。
研究計画における目的は達成された。随伴方程式法とカルマン・フィルター法の調査・研究は計画どうり遂行できた。また国内の分担者以外の研究者に十分情報を与えることもできた。研究成果は学術論文として「日本海洋学会誌」をはじめ国際的学術誌に投稿し、あるものは発行予定となっている。

研究成果

• [文献書誌] D.A.Nechaev,M.I.Yaremchuk and M.Ikeda: "Vertical projection of surface velocity data using the variational assimilation method with quasi-geostrophic dynamical constraints" Journal of Oceanography. (発行予定).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] D.A.Nechaev, M.I.Yaremchuk and M.Ikeda: "Vertical projection of surface velocity data using the variational assimilation method with quasi-geostrophic dynamical constraints" Journal of Oceanography. (in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.A.Nechaev,M.I.Yaremchuk and M.Ikeda: "Vertical projection of surface velocity data using the variational assimilation method with quasigeostrophic dynamical constraints" Journal of Oceanography. (発行予定).
• [文献書誌] D.A.Nechaev,M.I.Yaremchuk and M.Ikeda: "Vertical projection of surface velocity data using the variational assimilation method with quasigeostropphic dynamical constraints" Journal of Oceanography. (投稿中).