| 研究課題/領域番号 |
21K03658
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17020:大気水圏科学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
筆保 弘徳 横浜国立大学, 教育学部, 教授 (00435843)
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| 研究分担者 |
松岡 大祐 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(情報エンジニアリングプログラム), 副主任研究員 (80543230)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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| キーワード | 台風 / 多角形壁雲ライフサイクル / 室内実験 / 深層学習 / 回転水槽 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、台風条件下で行った回転水槽実験の結果を学習データとした深層学習により、力学に依存しない流体予測モデルを開発して、台風多角形壁雲のライフサイクルをもたらすトリガーを解明することである。第一段階として、台風構造に基づいた条件での回転水槽実験を実施する。第二段階では、その回転水槽実験の結果を学習データに用いた深層学習を行い、統計学的アプローチによる流体予測モデルを開発する。流体予測モデルの結果にはGrad-CAMを適用して予測根拠を調べる。回転水槽実験と深層学習を組み合わせて、台風壁雲で発生する波動のライフサイクルを左右するきっかけが、何でどこであるのかを明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本研究は段階的に研究計画を設定していて、2年目は初年度より引き続き課題1に取り組んだ。課題1は、台風条件下での回転水槽実験の実施である。台風構造を模擬するために、温度の逆転だけでなく、実験槽底面に高低差をつけた地形β効果ありの実験設定にまで拡張した。当該年度は昨年度に引き続き、特殊な加工をした底面高低差装置も2年目を複数購入して、新たな実験を追加して200回を超す実験を行った。
実験結果としては、従来の研究どおり水平方向の温度差ありの実験で発生した傾圧不安定波を観測し、一方で高低差をつけた実験では地形性ロスビー波を模擬した波動が発生が観測された。したがって、水平方向に温度差ありと地形性β効果ありの複合的な実験では、圧不安定波の上に地形性ロスビー波が発生した波動が観測された。また、水平方向に温度差無し・地形性β効果なしでは波動が発生しないことも確認できた。これは初年度では波動が発生していたので、実験の精度が前進したと考えている。地形性β効果なしのレジーム・ダイアグラムは先行研究と一致した結果となったことから、水平方向の温度差の付き方が逆になっていても、温度差の絶対値が同じであれば同じ結果になることも確かめられた。また、地形性β効果をつけたことによって、軸対称流と定常流の境目が異なる結果になった理由としては、底面の形状が影響していると考えられ、底面の形状が異なる場合レジーム・ダイアグラムにおける波動の分布は異なる可能性があると考えられる。
以上の結果はすでに学会等で発表していて、学術論文への投稿も準備中である。さらに、台風構造と類似するような波動の実験結果も出ている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
課題1の実験装置で高低差の装置が故障して、その装置を新たに調達することに時間がかかった。なんとか実験を再開したが、予定していた条件の実験がまだ完了していない。研究達成度は遅れていると考えられる。今後は課題1の実験を行いながら、課題2にできるだけ早めに着手する。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験装置が整備されたので、3年目も課題１を引き続き行う。研究代表者が担当して、台風条件下での回転水槽実験の実施とその実験結果の定量化を行う。さらに、その定量化された運動から波数別渦運動エネルギー存在率として運動パターンを定量的に区分し、その時間変化や空間分布などを調べる。
課題2もできるだけ早く着手する。研究代表者と分担者は、回転水槽実験で得られた無数の画像と定量化した運動パターンを紐づけした深層学習を行うことにより、「流体予測モデル」の開発を平行に行う。画像と運動パターンは時間をずらすことで、未来の運動パターンを予測するモデルが構築できる。これを用いて、回転水槽実験で現れた傾圧不安定波の成長・衰退といったライフサイクルを大きく左右するきっかけや、そのトリガーを明らかにする。
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