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2019 年度 実績報告書

機械学習を用いた南極域周辺における擾乱に伴う雲抽出と降雪量推定に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K21585
研究機関法政大学

研究代表者

伊藤 香寿恵 (鈴木香寿恵)  法政大学, 理工学部, 助手 (20455190)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード機械学習 / 衛星観測 / 降雪 / 雲画像 / 識別問題
研究実績の概要

本年度は全体のまとめとして,着目している雲頂高度の高い雲(High Top Cloud; HTC)が南極・昭和基地における降雪に対して寄与をもつことを確認した.衛星雲画像データと昭和基地における積雪深データや気象観測データを用いて特に2009年のブリザードに着目した解析を行った.結果,多雪時に, Atmospheric Riverと呼ばれる中緯度からの水蒸気輸送が見込まれるHTCがよく見られた.しかしブリザードは飛雪効果を持ち,衛星雲画像から抽出した雲データを降雪量として換算することは難しく,収支として涵養量を表すことが妥当であることを確認した.

また,自動識別を目的として5年分のNOAA/AVHRR ch.4の雲画像を用い,HTCを代表とする降雪時の雲を正例としたCNNによる学習を行った.画像にすべてが収まっていない場合や,降雪が起こる直前の画像をnot good(NG)とし,全体を捉えられている場合(Good)と併せた2値/区別した3値分類を行った.結果として,2値分類の学習がより精度が高かったが,正例のテスト精度は7割に到達出来ていなかった.また,Grad-CAMの可視化結果から,2値分類は雲の連続性,3値分類は雲の全体的な特徴を見ていると考えられた.30年分の衛星結合画像に対する識別に適用するには,まだ正答率が十分でないという結果となり(Accuracy 70%),より一層の学習器の精度向上が必要と判断し,本研究では画素の荒い大きな画像に対しては学習・識別を行わなかった.

国際共同研究としてはウィスコンシン大学・Lazzara博士と2019年12月に参加した国際ワークショップ,国際シンポジウムにて研究内容の共有の上,議論を行った.今後も引き続き全体の結合画像データに適用する学習器を構築する方向で協力体制にある.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (6件)

  • [国際共同研究] University of Wisconsin- Madison(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Wisconsin- Madison
  • [雑誌論文] Identifying the Snowfall Cloud at Syowa Station, Antarctica via a Convolutional Neural Network2020

    • 著者名/発表者名
      Kazue Suzuki, Masaki Shimomura, Kazuyuki Nakamura, Naohiko Hirasawa, Hironori Yabuki, Takashi Yamanouchi, Terumasa Tokunaga
    • 雑誌名

      人工知能学会全国大会論文集

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [学会発表] The detection of a cloud pattern and the estimation of snowfall by a coupling of CNN and time-series analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Kazue Suzuki,Masaki Shimomura,Kazuyuki Nakamura,Naohiko Hirasawa,Hironori Yabuki,Takashi Yamanouchi,Terumasa Tokunaga
    • 学会等名
      Workshop on Antarctic AWS and International cooperative work with Antarctic Meteorological Research Center, University of Wisconsin, Madison
  • [学会発表] 降雪をもたらす雲の自動検出2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木香寿恵,徳永旭将,福地岬稀,矢吹裕伯,平沢尚彦,山内恭,下村真生,中村和幸
    • 学会等名
      第11回大気・雪氷・海洋間の物質交換・循環と極域への物質輸送に関する研究集会
  • [学会発表] 機械学習による NOAA/AVHRR衛星画像データを用いた降雪をもたらす雲の特徴検出2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木香寿恵,徳永旭将,福地岬稀,矢吹裕伯,平沢尚彦,山内恭,下村真生,中村和幸
    • 学会等名
      極域のオープンデータ・オープンサイエンスに関する研究集会 -II
  • [学会発表] The snowfall-cloud at Syowa Station identified by Convolutional Neural Network2019

    • 著者名/発表者名
      Kazue Suzuki,Masaki Shimomura,Kazuyuki Nakamura,Naohiko Hirasawa,Hironori Yabuki,Takashi Yamanouchi,Terumasa Tokunaga
    • 学会等名
      The Tenth Symposium on Polar Science
  • [学会発表] CNNを用いた南極域における降雪時の雲パターン検出2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木香寿恵,下村真生,中村 和幸,徳永旭将,福地岬稀,平沢尚彦,矢吹裕伯,山内恭
    • 学会等名
      日本気象学会2019年度秋季大会
  • [学会発表] ディープラーニングによる南極昭和基地周辺における降雪をもたらす雲の検出2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木香寿恵,徳永旭将,福地岬稀,平沢尚彦,山内恭
    • 学会等名
      雪氷学会雪氷研究大会(2019・山形)

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公開日: 2021-01-27  

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