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大気・水文結合データ同化 -水文ビッグデータ同化による大気・水文予測の改善-

研究課題

研究課題/領域番号 18H01549
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分22040:水工学関連
研究機関千葉大学 (2019-2020)
国立研究開発法人理化学研究所 (2018)

研究代表者

小槻 峻司  千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 准教授 (90729229)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2018年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
キーワードデータ同化 / 気象予測 / 土壌水分 / 結合システム / 降水予測 / 水文 / 降水 / 結合同化 / 数値天気予報 / 大気陸面相互作用 / ビッグデータ / 予測 / 気象 / 衛星観測 / 全球陸面再解析 / NICAM-LETKF / 大気 / 天気予報
研究成果の概要

本研究では、水文観測情報を統合的に同化し、中期天気予報、及び、河川流量、旱魃指数などの水文予測精度改善へ向け研究推進した。特に全球大気データ同化システムNICAM-LETKFの高度化に注力し、以下の成果を得た。
(1) NICAMへ、GLDASから得られる土壌水分観測を有効に強結合同化する方法を開拓した。土壌水分同化による大気変数は改善効果である一方で、大気変数同化による陸面変数の更新は改悪効果であることを示した。(2) 衛星水文観測を同化し、モデルパラメータを推定する研究を推進した。GSMaP同化により降水量予測精度を改善し、GCOM2/AMSR2可降水量同化により全球放射収支改善を達成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

諸国の経済が国境を越えて密接に関わる現代では、自国のみならず、「場所を問わず」他国の災害可能性をモニタリングする必要がある。自然災害の多くは気象現象、特に降水により引き起こされるため、2週間程度の中期天気予報を改善し、災害の予報スキルを向上させることは重要な社会的使命である。本研究では、現業機関でほとんど活用されていない陸域の水文観測ビッグデータを用いた中期天気予報改善へ取り組んだ。全球の土壌水分・降水量・可降水量などのデータを有効に天気予報に取り込む手法を探求し、データ同化手法の高度化やモデルパラメータ推定により、降水予報を始めとする天気予報改善を達成した。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 3件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 21件、 招待講演 8件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] University of Melbourne(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ドイツ気象局(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Empirical determination of the covariance of forecast errors: An empirical justification and reformulation of hybrid covariance models2021

    • 著者名/発表者名
      Carri? Diego S.、Bishop Craig H.、Kotsuki Shunji
    • 雑誌名

      Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society

      巻: in print 号: 736 ページ: 2033-2052

    • DOI

      10.1002/qj.4008

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Snow water scarcity induced by record-breaking warm winter in 2020 in Japan2020

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Satoshi、Kotsuki Shunji、Kanae Shinjiro、Tanaka Kenji、Higuchi Atsushi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 18541-18541

    • DOI

      10.1038/s41598-020-75440-8

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Weight structure of the Local Ensemble Transform Kalman Filter: A case with an intermediate atmospheric general circulation model2020

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki Shunji、Pensoneault Andrew、Okazaki Atsushi、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society

      巻: 146 号: 732 ページ: 3399-3415

    • DOI

      10.1002/qj.3852

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Precipitation Ensemble Data Assimilation in NWP Models2020

    • 著者名/発表者名
      Miyoshi Takemasa、Kotsuki Shunji、Terasaki Koji、Otsuka Shigenori、Lien Guo-Yuan、Yashiro Hisashi、Tomita Hirofumi、Satoh Masaki、Kalnay Eugenia
    • 雑誌名

      Advances in Global Change Research

      巻: 69 ページ: 983-991

    • DOI

      10.1007/978-3-030-35798-6_25

    • ISBN
      9783030357979, 9783030357986
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 回帰学習器のアンサンブル学習による降雨洪水氾濫モデル・エミュレータ2020

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 桃井裕広,菊地亮太, 渡部哲史, 山田真史, 阿部紫織,綿貫翔
    • 雑誌名

      水工学論文集

      巻: 76 ページ: 367-372

    • NAID

      130008122613

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 降雨流出氾濫モデル・エミュレータによる浸水範囲予測2020

    • 著者名/発表者名
      関本大晟,渡部哲史, 小槻峻司, 山田真史, 阿部紫織,綿貫翔
    • 雑誌名

      水工学論文集

      巻: 76 ページ: 547-552

    • NAID

      130008122712

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Data Assimilation for Climate Research: Model Parameter Estimation of Large‐Scale Condensation Scheme2020

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki Shunji、Sato Yousuke、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Atmospheres

      巻: 125 号: 1

    • DOI

      10.1029/2019jd031304

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GSMaP RIKEN Nowcast: Global Precipitation Nowcasting with Data Assimilation2019

    • 著者名/発表者名
      OTSUKA Shigenori、KOTSUKI Shunji、OHHIGASHI Marimo、MIYOSHI Takemasa
    • 雑誌名

      気象集誌. 第2輯

      巻: 97 号: 6 ページ: 1099-1117

    • DOI

      10.2151/jmsj.2019-061

    • NAID

      130007759817

    • ISSN
      0026-1165, 2186-9057
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simulating precipitation radar observations from a geostationary satellite2019

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Atsushi、Honda Takumi、Kotsuki Shunji、Yamaji Moeka、Kubota Takuji、Oki Riko、Iguchi Toshio、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Atmospheric Measurement Technique

      巻: 12 ページ: 3985-3996

    • DOI

      10.5194/amt-2018-278

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Global precipitation forecasts by merging extrapolation-based nowcast and numerical weather prediction with locally-optimized weights2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki, S., K. Kurosawa, S. Otsuka, K. Terasaki, and T. Miyoshi
    • 雑誌名

      Weather and Forecasting

      巻: 印刷中 号: 3 ページ: 701-714

    • DOI

      10.1175/waf-d-18-0164.1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On the properties of ensemble forecast sensitivity to observations2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki Shunji、Kurosawa Kenta、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society

      巻: 145 号: 722 ページ: 1897-1914

    • DOI

      10.1002/qj.3534

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 大規模気候予測情報に基づく浸水リスク推計の特性について2019

    • 著者名/発表者名
      阿部紫織, 渡部哲史, 山田真史, 小槻峻司,綿貫翔
    • 雑誌名

      水工学論文集

      巻: 75 ページ: 1081-1086

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predictability of Record-Breaking Rainfall in Japan in July 2018: Ensemble Forecast Experiments with the Near-real-time Global Atmospheric Data Assimilation System NEXRA2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Terasaki K., Kanemaru K., Satoh M., Kubota T. and Miyoshi T.
    • 雑誌名

      SOLA

      巻: 15A ページ: 1-7

    • NAID

      130007557999

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multi-Year Analysis Using the NICAM-LETKF Data Assimilation System2019

    • 著者名/発表者名
      Terasaki Koji、Kotsuki Shunji、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      SOLA

      巻: 15 号: 0 ページ: 41-46

    • DOI

      10.2151/sola.2019-009

    • NAID

      130007604730

    • ISSN
      1349-6476
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Online Model Parameter Estimation With Ensemble Data Assimilation in the Real Global Atmosphere: A Case With the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model (NICAM) and the Global Satellite Mapping of Precipitation Data2018

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki Shunji、Terasaki Koji、Yashiro Hisashi、Tomita Hirofumi、Satoh Masaki、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Atmospheres

      巻: 123 号: 14 ページ: 7375-7392

    • DOI

      10.1029/2017jd028092

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 衛星データ同化による全球大気モデルNICAMの高度化:雷予測モデルの構築への取り組み2021

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 佐藤陽佑
    • 学会等名
      CEReS シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] GPM DPRデータ同化によるNICAM雲微物理パラメータ推定2021

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 寺崎康児, 佐藤正樹, 三好建正
    • 学会等名
      GPM・衛星シミュレータ合同研究集会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習を用いた降雨洪水氾濫モデル・エミュレータの開発2021

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      富岳」成果創出加速プログラム・成果発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Weight Structure of the Local Ensemble Transform Kalman Filter: A Case with an Intermediate AGCM2020

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki, S., Pensoneault, A., Okazaki, A. and Miyoshi, T.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ensemble-Based Data Assimilation of GPM/DPR Reflectivity into the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model NICAM2020

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki, S., Terasaki, K., Satoh, M. and Miyoshi, T.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 回帰学習器のアンサンブル学習による降雨洪水氾濫モデル・エミュレータ2020

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 桃井裕広,菊地亮太, 渡部哲史, 山田真史, 阿部紫織,綿貫翔
    • 学会等名
      水工学講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 最先端のデータサイエンスで切り拓く「富岳」時代のリアルタイム地球環境予測2020

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      千葉大学GPシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Ensemble-Based Data Assimilation of GPM/DPR Reflectivity into the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model NICAM.2020

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Terasaki K., Satoh M. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      4th workshop on assimilating satellite cloud and precipitation observations for NWP
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リモートセンシングデータを使った天気予報研究の最前線2020

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      千葉大学経済人倶楽部・絆 公開講座
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 球衛星観測降水データを用いた天気予報システムの高度化2020

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      第22回環境リモートセンシングシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ocal Particle Filter Implemented with Minor Modifications to the LETKF Code2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Miyoshi T., Kondo K., and Potthast R.
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Data Assimilation Research for Global Weather Prediction2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S.
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Water Environmental Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A New Evaluation Method for Cloud Microphysics Schemes Using GPM Dual-frequency Precipitation Radar2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Kurosawa K., Kanemaru K., Terasaki K. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      39th International Conference on Radar Meteorology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diagnosing Observation Impacts and Error Covariance with NICAM-LETKF2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      LMU DA Seminar
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diagnosing Observation Impacts and Error Covariance with NICAM-LETKF2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      DWD NWP Seminar
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Model Parameter Estimation with Data Assimilation using NICAM-LETKF.2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Sato Y., Terasaki K., Yashiro H., Tomita H., Satoh M. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ensemble-Based Data Assimilation of GPM/DPR Reflectivity into the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model NICAM2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Terasaki K., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] データ同化と経験科学の相似性について2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      科学基礎論学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 低解像度全球大気モデルを用いた局所粒子フィルタ実験2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 三好建正:
    • 学会等名
      日本気象学会2019年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 全球大気・水文結合データ同化システムの開発と土壌水分データ同化実験2019

    • 著者名/発表者名
      黒澤賢太, 小槻峻司, 三好建正
    • 学会等名
      日本気象学会2019年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 全球大気データ同化システムによる天気予報研究の最前線2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 三好建正
    • 学会等名
      第14回名工大・核融合研合同セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Local Particle Filter: 低解像度全球大気モデルSPEEDY数値実験2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 三好建正
    • 学会等名
      第10回 理研・京大データ同化研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Observation Diagnostics with NICAM-LETKF.2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 黒澤賢太, 三好建正
    • 学会等名
      データ同化手法を活用した観測システムの影響評価に関する研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Model Parameter Estimation with Data Assimilation using NICAM-LETKF2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Sato Y., Terasaki K., Yashiro H., Tomita H., Satoh M. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      The 1st R-CCS International Symposiu
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Model Parameter Estimation with Data Assimilation using NICAM-LETKF2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Sato Y., Terasaki K., Yashiro H., Tomita H., Satoh M. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      7th International Symposium on Data Assimilation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On the Properties of Ensemble Forecast Sensitivity to Observations2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Kurosawa K., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      7th International Symposium on Data Assimilation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adaptive covariance relaxation methods for ensemble data assimilation based on innovation statistics2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Ota Y., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      7th International Symposium on Data Assimilation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial structure of weights in the Local Ensemble Transform Kalman Filter: A case with an intermediate AGCM2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Pensoneault A., Okazaki A., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      7th International Symposium on Data Assimilation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] nsemble-Based Data Assimilation of GPM/DPR Reflectivity into the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model NICAM2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Terasaki K., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      7th International Symposium on Data Assimilation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NICAM-LETKFを用いたGPM/DPRデータ同化実験2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 寺崎康児, 黒澤賢太, 金丸佳矢, 三好建正
    • 学会等名
      平成30年度GPMおよび衛星シミュレータ合同研究集会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Model Parameter Estimation with Data Assimilation using NICAM-LETKF2018

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Sato Y., Terasaki K., Yashiro H., Tomita H., Satoh M. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      th International Workshop on Nonhydrostatic Models
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Weight structure of Local Ensemble Transform Kalman Filter: A case with an intermediate AGCM2018

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Pensoneault A., Okazaki A., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      9th Japanese Data Assimilation Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ensemble-Based Data Assimilation of GPM/DPR Reflectivity into the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model NICAM2018

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Terasaki K., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      The 8th EnKF Data Assimilation Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ensemble Forecast Sensitivity to Observations Verified with Multiple References2018

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Kurosawa K., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      The 8th EnKF Data Assimilation Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On the assimilation order of the serial ensemble Kalman filter: A study with the Lorenz-96 model.2018

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Greybush S. J., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      The 8th EnKF Data Assimilation Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 世界の気象リアルタイム: NEXRA

    • URL

      https://www.eorc.jaxa.jp/theme/NEXRA/index_j.htm

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 研究代表者HP

    • URL

      http://www.kotsuki-shunji.com/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 研究代表者・研究室HP

    • URL

      https://kotsuki-lab.com/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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