高解像度海洋データ同化システムによるアンサンブル予測研究

• 研究課題/領域番号: 23K13174
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分17020:大気水圏科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 大石 俊 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (30834965)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2028-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2027年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2026年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 海洋データ同化 / 海洋解析データセット / アンサンブル予測 / 決定論的予測 / 黒潮 / データ同化 / 粒子追跡

研究開始時の研究の概要

海洋モデルは初期ショックによる悪影響を蓄積しやすく高精度の解析値を作成することが難しかった。そのため、海洋分野ではこれまでアンサンブルカルマンフィルターを実装した例が3次元変分法などのデータ同化手法に比べて少なかった。そこで、Ohishi et al. (2022a, b；GMD)によって提唱された手法を組み込み、この問題を軽減した高解像度の領域海洋アンサンブルカルマンフィルターシステムを構築する。そして、アンサンブルカルマンフィルターの利点であるアンサンブル予測を実施し、海洋分野での有効性を明らかにする。そのために、変動が激しい黒潮に着目し、流路変動の予測可能性や流路が遷移する要因について調べる。

研究実績の概要

本課題の研究目的は、アンサンブルカルマンフィルタを実装した高解像度海洋データ同化システムを用いて、海洋分野でのアンサンブル予測の有効性を明らかにすることである。本年度・次年度の計画は、高精度なアンサンブル解析プロダクトの作成、およびその作成したプロダクトを用いた予測シミュレーション実験を行い、決定論的・アンサンブル予測可能性を調査することである。本年度に得られた研究実績は以下のとおりである。
予測シミュレーションに用いる解析プロダクトの精度を改善するために、大気再解析データセットJRA-55（Kobayashi et al. 2015）、海洋モデル駆動用にJRA-55のバイアスや不確実性を改善した海洋強制データセットJRA-55do（Tsujino et al. 2018）をそれぞれ海洋データ同化システムの大気強制に用いた感度実験を行った。その結果、JRA-55doを用いることで、沿岸付近に分布する高温バイアスが有意に改善されることを示し、混合層熱収支解析により高温バイアス改善の要因を明らかにした。この研究成果は国際学術誌Ocean Modellingに掲載された。
作成した解析値を初期値に用いた決定論的およびアンサンブル予測シミュレーションを2016-18年の各月において実施した。日本南岸の黒潮流路に着目して予測精度を比較した結果、アンサンブル予測可能性が限界となる長さは130-140日で、決定論的予測より約1ヶ月ほど有意に長くなることを示し、アンサンブル予測の有効性を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度は、高精度のアンサンブル解析プロダクトの作成、決定論的・アンサンブル予測シミュレーションの実施、これらの予測実験の精度検証を行った。決定論的予測よりアンサンブル予測の精度が有意に良いことを実証したことから、本課題は最終目標に向け順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

アンサンブル感度解析をアンサンブル予測の出力結果に適用し、2017年夏季に生じた黒潮大蛇行の形成要因について明らかにする。また、これまでに得られた研究成果を国内外の学会や国際学術誌などで報告する。

研究成果

• [雑誌論文] Impact of atmospheric forcing on SST biases in the LETKF-based ocean research analysis (LORA) (2024)
  • 著者名/発表者名: Ohishi Shun、Miyoshi Takemasa、Kachi Misako
  • 雑誌名: Ocean Modelling 巻: 189 ページ: 102357-102357
  • DOI: 10.1016/j.ocemod.2024.102357
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Impact of atmospheric forcing on SST biases in the LETKF-based Ocean Research Analysis (2024)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: The 6th R-CCS International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Advances and applications of satellite data assimilation of clouds, precipitation, and the ocean (2024)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Takemasa, Shun Ohishi, Shigenori Otsuka, Michael Goodliff, Jianyu Liang, Rakesh Teja Konduru, Hirofumi Tomita, Masaki Satoh, Shuhei Matsugishi, Shunji Kotsuki, Atsushi Okazaki, Kaya Kanemaru, Hisashi Yashiro, Kozo Okamoto, Koji Terasaki, Eugenia Kalnay, Takuji Kubota, and Misako Kachi
  • 学会等名: 2024 AMS Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] LETKF-based Ocean Research Analysis (LORA): A new ensemble ocean analysis dataset (2024)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] LETKF-based Ocean Research Analysis (LORA): A new ensemble ocean analysis dataset (2024)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: The First NCU-RIKEN Joint Workshop on Data Assimilation for Severe Weather Prediction
  • 国際学会
• [学会発表] Including cross-correlation between forecast and observation errors in the ensemble Kalman filter (2024)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Yuki Kobayashi, and Takemasa Miyoshi
  • 学会等名: The First NCU-RIKEN Joint Workshop on Data Assimilation for Severe Weather Prediction
  • 国際学会
• [学会発表] 富岳を用いた海洋アンサンブルデータ同化システムの開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、三好建正、可知美佐子
  • 学会等名: SuperCon2023関係者交流会
• [学会発表] Impact of atmospheric forcing on SST biases in the LETKF-based Ocean Research Analysis (LORA) (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Advances and applications of satellite data assimilation of clouds, precipitation, and the ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Takemasa, Shun Ohishi, Jianyu Liang, Rakesh Teja Konduru, Shigenori Otsuka, Hirofumi Tomita, Atsushi Okazaki, Shunji Kotsuki, Koji Terasaki, Kozo Okamoto, Kaya Kanemaru, Shuhei Matsugishi, Msaki Satoh, Hisashi Yashiro, Eugenia Kalnay, Takuji Kubota, and Misako Kachi
  • 学会等名: American Geophysical Union Annual Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] A new ensemble ocean analysis dataset LORA (LETKF-based Ocean Research Analysis) (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: OIST-RIKEN Joint Workshop on Prediction Science
  • 国際学会
• [学会発表] 気象・海洋・陸面予測を革新する高頻度衛星観測網の設計事前評価プラットフォーム (2023)
  • 著者名/発表者名: 三好建正、大石俊、大塚成徳、James Taylor、Jianyu Liang、Rakesh Teja Konduru、寺崎康児、小槻峻司、本田匠、岡崎淳史
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
• [学会発表] Impact of atmospheric forcing on SST biases in the LETKF-based Ocean Research Analysis (LORA) (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、三好建正、可知美佐子
  • 学会等名: 第27回海洋データ同化夏の学校
• [学会発表] 予報誤差と観測誤差の相関を考慮したアンサンブルカルマンフィルタ (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、小林勇毅、三好建正
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] Including cross correlations between the forecast and observation errors in the ensemble Kalman filter (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Yuki Kobayashi, Takemasa Miyoshi
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Advances and applications of satellite data assimilation of clouds, precipitation, and the ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Takemasa, Shun Ohishi, Jianyu Liang, Rakesh Teja Konduru, Shigenori Otsuka, Shunji Kotsuki, Koji Terasaki, Atsushi Okazaki, Hirofumi Tomita, Ying-Wen Chen, Kaya Kanemaru, Masaki Satoh, Hisashi Yashiro, Kozo Okamoto, Eugenia Kalnay, Takuji Kubota, and Misako Kachi
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Advances and applications of satellite data assimilation of clouds, precipitation, and the ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Takemasa, Shun Ohishi, Jianyu Liang, Rakesh Teja Konduru, Shigenori Otsuka, Shunji Kotsuki, Koji Terasaki, Atsushi Okazaki, Hirofumi Tomita, Ying-Wen Chen, Kaya Kanemaru, Masaki Satoh, Hisashi Yashiro, Kozo Okamoto, Eugenia Kalnay, Takuji Kubota, and Misako Kachi
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Including cross correlations between the forecast and observation errors in the ensemble Kalman filter (2023)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, Yuki, Shun Ohishi, Takemasa Miyoshi
  • 学会等名: IMT-Atlantique & Kyoto University & RIKEN joint Data Assimilation workshop
  • 国際学会
• [学会発表] LETKF-based Ocean Research Analysis (LORA): A new ensemble ocean analysis dataset (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: 14th Data Assimilation workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of atmospheric forcing on SST biases in LETKF-based ocean research analysis (LORA) (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: The Joint PI Meeting of JAXA Earth Observation Missions FY2023
  • 国際学会
• [学会発表] Advances and applications of satellite data assimilation of clouds, precipitation, and the ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Takemasa, Shun Ohishi, Shigenori Otsuka, Michael Goodliff, Jianyu Liang, Rakesh Teja Konduru, Hirofumi Tomita, Masaki Satoh, Shuhei Matsugishi, Shunji Kotsuki, Atsushi Okazaki, Kaya Kanemaru, Hisashi Yashiro, Kozo Okamoto, Koji Terasaki, and Eugenia Kalnay
  • 学会等名: The Joint PI Meeting of JAXA Earth Observation Missions FY2023
  • 国際学会
• [学会発表] A new ocean ensemble analysis product: LORA (LETKF-based Ocean Research Analysis) (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Shun, Takemasa Miyoshi, and Misako Kachi
  • 学会等名: Workshop on air-sea interaction
  • 国際学会
• [学会発表] 予報誤差と観測誤差の相関を考慮したアンサンブルカルマンフィルタ (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、小林勇毅、三好建正
  • 学会等名: 第27回海洋データ同化夏の学校
• [学会発表] 海洋アンサンブル解析プロダクトLORA：海面水温バイアスへの大気強制の影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、三好建正、可知美佐子
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] 海洋アンサンブル解析プロダクトLORA：海面水温バイアスへの大気強制の影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、三好建正、可知美佐子
  • 学会等名: 日本気象学会2023年度秋季大会
• [学会発表] 予報誤差と観測誤差の相関を考慮したアンサンブルカルマンフィルタ (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、小林勇毅、三好建正
  • 学会等名: 日本気象学会2023年度秋季大会
• [学会発表] アンサンブル海洋データ同化システムの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石俊、三好建正、可知美佐子
  • 学会等名: 第60回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋季大会
  • 招待講演
• [備考] JAXA-RIKEN海洋解析
  • URL: https://www.eorc.jaxa.jp/ptree/LORA/index_j.html