地球科学におけるデータ同化システムの開発

• 研究課題/領域番号: 16700267
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 統計科学
• 研究機関: 統計数理研究所
• 研究代表者: 上野 玄太 統計数理研究所, モデリング研究系, 助手 (40370093)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2004年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
• キーワード: データ同化 / カルマンフィルタ / 非線型フィルタ / エルニーニョ / リングカレント / 大気海洋結合モデル / 海面高度

研究概要

1.エルニーニョモデルへの海面高度データ同化
アンサンブルカルマンフィルター・平滑化手法を用いて、大気海洋結合モデルに海面高度データを同化し、大気・海洋の状態変数の推定を行った。結合モデルにアンサンブル手法を用いた初の例であると考えられる。モデル自体は比較的簡単な設計であるが、その非線型性を生かすアンサンブル同化手法を、データの情報を取り入れるに十分なアンサンブルメンバー数で実行することで、現実に近い推定が可能であることを示した。同化した海面高度が適切に推定できることは当然のこととして、他の変数、例えば海面水温の推定値も独立に観測された水温データと整合性のあるものであった。海上風の推定値も独立な観測データと調和的であったが、太平洋西部での西風に限り再現性が悪いことが分かった。
2.リングカレント構造解析のためのデータ同化実験
磁気圏電場ポテンシャル・プラズマシートのイオン密度・温度を未知変数としてデータ同化を行い、磁気圏イオンフラックスの時間変動のシミュレーションモデルを、IMAGE衛星で観測される高速中性粒子(ENA)のデータに合うように修正するプログラムを開発した。また、簡単のために電場等が時間的に変化しないと仮定をおいた上で、別のシミュレーションから生成したテストデータを用いて同化の実験を行い、テストデータを生成したシミュレーション結果をうまく再現することも確認した。さらに、このデータプログラムを用いて、実際のIMAGE衛星のENAデータの同化にも着手し、元のシミュレーションモデルのどこを修正すれば、実際のデータがうまく説明されるかについての解析を進めた。

研究成果

• [雑誌論文] Application of the ensemble Kalman filter and smoother to a coupled atmosphere-ocean model (2007)
  • 著者名/発表者名: Ueno, G., Higuchi, T., Kagimoto, T., Hirose, N.
  • 雑誌名: Scientific Online Letters on the Atmosphere 3 ページ: 5-8
  • NAID: 130004448419
• [雑誌論文] Prediction of ocean state by data assimilation with the ensemble Kalman filter (2006)
  • 著者名/発表者名: Ueno, G., Higuchi, T., Kagimoto, T., Hirose, N.
  • 雑誌名: SCIS ＆ ISIS 2006 ページ: 1884-1889
  • NAID: 130004672453
• [雑誌論文] Application of the ensemble Kalman filter to atmosphere-ocean coupled model (2006)
  • 著者名/発表者名: Ueno, G., Higuchi, T., Kagimoto, T., Hirose, N.
  • 雑誌名: Nonlinear Statistical Signal Processing Workshop (NSSPW)
• [雑誌論文] Comparison of large-scale field-aligned currents under sunlit and dark ionospheric conditions (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, S., G.Ueno, T.Higuchi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 110, A09230
• [雑誌論文] 欠損混合分布モデルとその応用 (2005)
  • 著者名/発表者名: 中村永友, 上野玄太, 樋口知之, 小西貞則
  • 雑誌名: 応用統計学 34・2 ページ: 55-73
  • NAID: 10017178501
• [雑誌論文] データ同化:その概念と計算アルゴリズム (2005)
  • 著者名/発表者名: 中村和幸, 上野玄太, 樋口知之
  • 雑誌名: 統計数理 53・2 ページ: 211-229
  • NAID: 120006019080
• [雑誌論文] Plasma transport from multicomponent approach (2005)
  • 著者名/発表者名: Lui, A.T.Y., Hori, T., Ueno, G., Mukai, T.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 32・3
• [雑誌論文] Tail dynamics during the growth phase of the 24 November 1996, substorm event : Near-Earth reconnection confined in the plasma sheet (2004)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, S., Ueno, G., Yamaguchi, R., Singer, H., Creutzberg, F., Yumoto, K., Kitamura, K., Mukai, T
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 109・5
• [雑誌論文] Ionospheric conductivity dependence of dayside region-0,1, and 2 field-aligned current systems : Statistical study with DMSP-F7 (2004)
  • 著者名/発表者名: Haraguchi, K., Kawano, H., Yumoto, K., Ohtani, S., Higuchi, T., Ueno, G.
  • 雑誌名: Annales Geophysicae 22・8 ページ: 2775-2783