データ同化技術を用いた流動水質予測計算の精度向上と新たなパラメータ最適化法の開発

• 研究課題/領域番号: 25709042
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 水工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 入江 政安 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00379116)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 23,660千円 (直接経費: 18,200千円、間接経費: 5,460千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2014年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 4次元変分法 / アンサンブルカルマンフィルタ / データ同化 / 大阪湾 / 多項式カオス展開 / 4D-Var / 水質シミュレーション / ROMS / 水質モデル / 沿岸域 / 沿岸域の環境 / 流動水質シミュレーション / 環境水理学 / 海洋レーダ / 沿岸域の流動 / 流動水質モデル

研究成果の概要

本研究は，4次元変分法およびアンサンブルカルマンフィルタ法（EnKF）を用いて，沿岸域における流動水質シミュレーションの再現性向上を図り，水質モデルに用いられる各種パラメータ，計算条件の最適化手法の開発を行った．計算対象は大阪湾の夏季の水質とし，同化するデータとして，HFレーダによる水表面流速分布，定点自動観測システムによる水温・塩分・クロロフィル・溶存酸素（DO）の鉛直分布を取り上げた．4次元変分法およびEnKFのいずれも，密度や水質項目の水平・鉛直分布の再現性を大きく向上させた．また，両データ同化手法それぞれを用いた水質モデルパラメータの修正手法の構築を行い，パラメータの推定を実施した．

研究成果

• [国際共同研究] ダルハウジー大学(カナダ)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンタクルーズ校(米国)
• [国際共同研究] ダルハウジー大学(カナダ)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンタクルーズ校(米国)
• [雑誌論文] 4次元変分法による水質データ同化システムの構築と双子実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡田輝久, 入江政安, 西田修三
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学) 巻: 73(4)
  • NAID: 130006406145
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 大阪湾リアルタイム水質再現予測システムの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 入江政安, 日下部包, 太田智也, 岡田輝久, 西田修三
  • 雑誌名: 土木学会論文集Ｂ２（海岸工学） 巻: 72 号: 2 ページ: I_1261-I_1266
  • DOI: 10.2208/kaigan.72.I_1261
  • NAID: 130005282278
  • ISSN: 1883-8944, 1884-2399
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 海洋レーダおよび定点自動観測によって得られる異種データの4次元変分データ同化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田輝久，入江政安，桑田岳治，西田修三
  • 雑誌名: 土木学会論文集Ｂ２（海岸工学） 巻: 72 号: 2 ページ: I_505-I_510
  • DOI: 10.2208/kaigan.72.I_505
  • NAID: 130005282318
  • ISSN: 1883-8944, 1884-2399
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 4次元変分法による内湾のクロロフィル鉛直分布のデータ同化に関する検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田輝久，入江政安，藤井裕司，西田修三
  • 雑誌名: 土木学会論文集Ｂ２（海岸工学） 巻: 71 号: 2 ページ: I_1297-I_1302
  • DOI: 10.2208/kaigan.71.I_1297
  • NAID: 130005109488
  • ISSN: 1883-8944, 1884-2399
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ROMS 4D-Varの海峡部不安定性を回避するアジョイントモデルの最適化と検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田輝久, 入江政安
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学) 巻: 71(4)
  • NAID: 130005123557
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 4次元変分データ同化を用いた沿岸域モデルの高度化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 入江政安, 岡田輝久
  • 雑誌名: 沿岸海洋研究 巻: 52(2) ページ: 159-168
  • NAID: 130007797542
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Data Assimilation of Hourly Vertical Current Profiles Using 4D-Var in Stratified Coastal Area (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruhisa Okada, Masayasu Irie, Shuzo Nishida
  • 雑誌名: Proceedings of the Twenty-fourth (2014) International Ocean and Polar Engineering Conference 巻: 1 ページ: 1023-1029
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 海洋レーダーによって観測される表面流速の4次元変分法を用いたデータ同化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 入江政安，藤井裕司，岡田輝久，西田修三
  • 雑誌名: 土木学会論文集Ｂ２（海岸工学） 巻: 69 号: 2 ページ: I_501-I_505
  • DOI: 10.2208/kaigan.69.I_501
  • NAID: 130004551128
  • ISSN: 1883-8944, 1884-2399
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4次元変分法による流速鉛直分布のデータ同化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 入江政安，岡田輝久，西田修三
  • 雑誌名: 土木学会論文集Ｂ２（海岸工学） 巻: 69 号: 2 ページ: I_506-I_510
  • DOI: 10.2208/kaigan.69.I_506
  • NAID: 130004551129
  • ISSN: 1883-8944, 1884-2399
  • 査読あり
• [学会発表] Optimization of time-dependent model parameters by polynomial chaos expansion for a better model representation of chlorophyll in Osaka Bay, Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Irie, M.; Oda, K.; Okada, T.; Mattern, J.P.; Fennel, K
  • 学会等名: ASLO2017 Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] Data assimilation of chlorophyll and dissolved oxygen profiles using the EnKF: a numerical experiment for Osaka Bay, Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y.; Irie, M.; Okada, T.; Yu, L.; Fennel, K
  • 学会等名: ASLO2017 Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] Twin experiments of biogeochemical parameter estimation by 4DVar data assimilation in an estuary (2017)
  • 著者名/発表者名: Okada, T.; Irie, M.; Nishida, S.
  • 学会等名: ASLO2017 Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Hawaii Convention Center
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] アンサンブルカルマンフィルタを用いた水質鉛直分布データ同化の試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由比己, 岡田輝久, 入江政安, 西田修三
  • 学会等名: 日本流体力学会年会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2016-09-26
• [学会発表] 63.底質モデルによる窒素・リンの間隙水中濃度および溶出量推定における多項式カオス展開を用いた高度化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 入江政安, 廣瀨文明, 岡田輝久
  • 学会等名: 第29回日本沿岸域学会研究討論会
  • 発表場所: 高知工科大学永国寺キャンパス
  • 年月日: 2016-07-16
• [学会発表] Effects of data assimilation on real-time simulation of hypoxia in Tokyo Bay (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayasu Irie, Tomoya Ota, Teruhisa Okada, Shuzo Nishida
  • 学会等名: Estuarine and Coastal Modeling Conference (ECM14)
  • 発表場所: University of Rhode Island
  • 年月日: 2016-06-12
  • 国際学会
• [学会発表] 水中設置型分光光度計を用いた栄養塩連続観測法の検討と現地観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林政宏, 入江政安, 岡田輝久, 伊藤由比己, 山野 貴司
  • 学会等名: 平成28年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学びわこくさつキャンパス
• [学会発表] 季節変動を伴う水質モデルパラメータの多項式カオス展開による最適化に関する検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小田航平, 廣瀬文明, 岡田輝久, 入江政安
  • 学会等名: 平成28年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学びわこくさつキャンパス
• [学会発表] 65.大阪湾におけるリアルタイム水質再現予測システムに関する検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日下部包, 入江政安, 岡田輝久, 太田智也, 西田修三
  • 学会等名: 平成28年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学びわこくさつキャンパス
• [学会発表] Sequential 4D-Var assimilation with vertical profiles of temperature, salinity and chlorophyll-a in an estuary with strong stratification (2015)
  • 著者名/発表者名: Teruhisa Okada and Masayasu Irie
  • 学会等名: Coastal Ocean Modeling Gordon Research Conference
  • 発表場所: University of New England, Biddeford, ME
  • 年月日: 2015-06-07
  • 国際学会
• [学会発表] 多項式カオス展開を用いた底泥中のアンモニア態窒素再現に関するパラメータ推定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬文明, 岡田輝久, Jann Paul Mattern, 入江政安
  • 学会等名: 平成27年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • 発表場所: 摂南大学
• [学会発表] 海洋レーダーデータの信頼度が4 次元変分データ同化に及ぼす影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井裕司，入江政安，岡田輝久，西田修三
  • 学会等名: 日本沿岸域学会研究討論会
  • 発表場所: 東海大学海洋学部（静岡県静岡市）
  • 年月日: 2014-07-25 – 2014-07-26
• [学会発表] Data Assimilation of Hourly Vertical Current Profiles Using 4D-Var in Stratified Coastal Area (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruhisa Okada, Masayasu Irie and Shuzo Nishida
  • 学会等名: The Twenty-fourth International Ocean and Polar Engineering Conference (ISOPE 2014)
  • 発表場所: BEXCO, Busan（韓国）
• [学会発表] データ同化を用いた沿岸域モデルの高度化
  • 著者名/発表者名: 入江政安
  • 学会等名: 海洋学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京海洋大学
  • 招待講演
• [備考] Estuary+Python
  • URL: http://www.estuary.link/
• [学会・シンポジウム開催] International Research Collaboration Workshop onWater Quality Modeling (2016)
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-11-28