結合データ同化システム開発の方法と応用

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H00728
• 研究機関: 統計数理研究所
• 研究代表者: 上野 玄太 統計数理研究所, モデリング研究系, 教授 (40370093)
• 研究分担者: 三好 由純 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10377781) ; 中野 慎也 統計数理研究所, モデリング研究系, 准教授 (40378576) ; 藤井 陽介 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (60343894)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: データ同化 / 結合モデル / 海洋 / 磁気圏 / プラズマ

研究実績の概要

正規分布が表すプラズマのエネルギーに対してローレンツ変換を施して得られる分布（相対論的Maxwell分布、Juttner-Synge分布）を成分分布とした混合分布モデルを提案し、パラメータ（混合比、バルク速度、温度）を推定するためのEMアルゴリズムを開発した。
昨年までの解析により、SSTの精度向上が大気海洋相互作用の再現性の改善につながることが明らかになったので、本年は、SSTの精度向上のために結合同化システムに対する海洋4次元変分法システムの組み込みを行った。また、より即時的な解析を行うために、海洋の同化サイクルを10日から1日に縮めた場合の解析精度への影響についても検証した。
これまでに開発した極端紫外光データの観測モデルに基づき，電離圏イオン密度分布推定方法の開発を行った．
「あらせ」衛星データを入力とした放射線帯電子変動のデータ同化計算を継続して実施した。太陽風変動に起因する粒子輸送係数の推定を進めるとともに放射線帯内部に起因する加速過程のモデル化とデータ同化による推定を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] ASTI: Data assimilation system for particle and heat transport in toroidal plasmas (2022)
  • 著者名/発表者名: Morishita Y.、Murakami S.、Yokoyama M.、Ueno G.
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: 274 ページ: 108287～108287
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2022.108287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Echo state network model for analyzing solar-wind effects on the AU and AL indices (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakano Shin'ya、Kataoka Ryuho
  • 雑誌名: Annales Geophysicae 巻: 40 ページ: 11～22
  • DOI: 10.5194/angeo-40-11-2022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Off‐Equatorial Pi2 Pulsations Inside and Outside the Plasmapause Observed by the Arase Satellite (2022)
  • 著者名/発表者名: Teramoto M.、Miyoshi Y.、Matsuoka A.、Kasahara Y.、Kumamoto A.、Tsuchiya F.、Nose M.、Imajo S.、Shoji M.、Nakamura S.、Kitahara M.、Shnohara I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 127 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021JA029677
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relativistic Maxwellian mixture model (2021)
  • 著者名/発表者名: Ueno Genta、Zenitani Seiji
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 28 ページ: 122106～122106
  • DOI: 10.1063/5.0059126
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Rapid Simulation Code for NBI Heating Analysis in LHD (2021)
  • 著者名/発表者名: Morishita Yuya、Murakami Sadayoshi、Yokoyama Masayuki、Seki Ryosuke、Nuga Hideo、Osakabe Masaki、Ueno Genta
  • 雑誌名: Journal of Fusion Energy 巻: 41 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10894-021-00313-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] EUV signals associated with O+ ions observed from ISS-IMAP/EUVI in the nightside ionosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakano Shin’ya、Hozumi Yuta、Saito Akinori、Yoshikawa Ichiro、Yamazaki Atsushi、Yoshioka Kazuo、Murakami Go
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01479-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Auroral zone over the last 3000 years (2021)
  • 著者名/発表者名: Kataoka Ryuho、Nakano Shin’ya
  • 雑誌名: Journal of Space Weather and Space Climate 巻: 11 ページ: 46～46
  • DOI: 10.1051/swsc/2021030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reconstructing Solar Wind Profiles Associated With Extreme Magnetic Storms: A Machine Learning Approach (2021)
  • 著者名/発表者名: Kataoka Ryuho、Nakano Shin'ya
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021GL096275
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Statistical Analysis of Pc1 Wave Ducting Deduced From Swarm Satellites (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyangpyo、Shiokawa Kazuo、Park Jaeheung、Miyoshi Yoshizumi、Stolle Claudia、Buchert Stephan
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2020JA029016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Characteristics of EMIC Waves in the Magnetosphere Based on the Van Allen Probes and Arase Observations (2021)
  • 著者名/発表者名: Jun Chae‐Woo、Miyoshi Yoshizumi、Kurita Satoshi、Yue Chao、Bortnik Jacob、Lyons Larry、Nakamura Satoko、Shoji Masafumi、Imajo Shun、Kletzing Craig、Kasahara Yoshiya、Kasaba Yasumasa、Matsuda Shoya、Tsuchiya Fuminori、Kumamoto Atsushi、Matsuoka Ayako、Shinohara Iku
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2020JA029001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rocket Observation of Sub‐Relativistic Electrons in the Quiet Dayside Auroral Ionosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: Namekawa T.、Mitani T.、Asamura K.、Miyoshi Y.、Hosokawa K.、Ogawa Y.、Saito S.、Hori T.、Sugo S.、Kawashima O.、Kasahara S.、Nomura R.、Yagi N.、Fukizawa M.、Sakanoi T.、Saito Y.、Matsuoka A.、Shinohara I.、Fedorenko Y.、Nikitenko A.、Koehler C.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2020JA028633
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization and Calibration of High‐Energy Electron Instruments Onboard the Arase Satellite (2021)
  • 著者名/発表者名: Park I.、Miyoshi Y.、Mitani T.、Hori T.、Takashima T.、Kurita S.、Shinohara I.、Kasahara S.、Yokota S.、Keika K.、Claudepierre S. G.、Looper M. D.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021JA029110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Arase Observation of Simultaneous Electron Scatterings by Upper‐Band and Lower‐Band Chorus Emissions (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazama Y.、Miyoshi Y.、Kojima H.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Usui H.、Wang B.‐J.、Wang S.‐Y.、Tam S. W. Y.、Chang T. F.、Asamura K.、Matsuda S.、Kumamoto A.、Tsuchiya F.、Kasaba Y.、Shoji M.、Matsuoka A.、Teramoto M.、Takashima T.、Shinohara I.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021GL093708
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Field‐Aligned Electron Density Distribution of the Inner Magnetosphere Inferred From Coordinated Observations of Arase and Van Allen Probes (2021)
  • 著者名/発表者名: Obana Yuki、Miyashita Yukinaga、Maruyama Naomi、Shinbori Atsuki、Nose Masahito、Shoji Masafumi、Kumamoto Atsushi、Tsuchiya Fuminori、Matsuda Shoya、Matsuoka Ayako、Kasahara Yoshiya、Miyoshi Yoshizumi、Shinohara Iku、Kurth William S.、Smith Charles W.、MacDowall Robert J.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2020JA029073
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Periodicities and Colors of Pulsating Auroras: DSLR Camera Observations From the International Space Station (2021)
  • 著者名/発表者名: Nanjo Sota、Hozumi Yuta、Hosokawa Keisuke、Kataoka Ryuho、Miyoshi Yoshizumi、Oyama Shin‐ichiro、Ozaki Mitsunori、Shiokawa Kazuo、Kurita Satoshi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021JA029564
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study of an Equatorward Detachment of Auroral Arc From the Oval Using Ground‐Space Observations and the BATS‐R‐US--CIMI Model (2021)
  • 著者名/発表者名: Yadav Sneha, Shiokawa K., Oyama S., Inaba Y., Takahashi N., Seki K., Keika K., Chang Tzu-Fang, Tam S. W. Y., Wang B.-J., Kazama Y., Wang S.-Y., Asamura K., Kasahara S., Yokota S., Hori T., Kasaba Y., Tsuchiya F., Kumamoto A., Shoji M., Kasahara Y., Matsuoka A., Matsuda S., Jun C.-W., Imajo S., Miyoshi Y., Shinohara I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2020JA029080
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 相対論的正規混合分布モデル：プラズマ粒子シミュレーションの解析から (2022)
  • 著者名/発表者名: 上野玄太
  • 学会等名: 日本統計学会春季集会
• [学会発表] Four-Dimensional Variational (4DVAR) Global Ocean Data Assimilation System for Coupled Predictions in Japan Meteorological Agency (JMA) (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujii, Y., Y. Adachi, I. Ishikawa, T. Yoshida, S. Hirahara, Y. Kubo, and H. Sugimoto
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Wave-Particle Interactions in Geospace (2022)
  • 著者名/発表者名: I. Shinohara, S. Kurita, S. Matsuda, S. Saito, M. Shoji, S. Nakamura
  • 学会等名: 物理学会
• [学会発表] 機械学習によるPi2地磁気脈動の検出とリアルタイムサブストーム警報システムの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 酒井悠輔, 能勢正仁, 市原寛, 上野玄太, 中野直人
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] 熱帯太平洋から始めるデータ同化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上野玄太
  • 学会等名: 情報とシステム2021 －不確実な未来へ ～地球規模課題に挑むデータサイエンス～－
• [学会発表] 相対論的Maxwell混合分布モデル (2021)
  • 著者名/発表者名: 上野玄太, 銭谷誠司
  • 学会等名: 名古屋大学宇宙地球環境研究所 研究集会 「宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
• [学会発表] Development of a coupled atmosphere-ocean data assimilation system in the Japan Meteorological Agency: evaluation and future plan (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii, Y., C. Kobayashi, I. Ishikawa, Takaya, T. Ishibashi, and T. Yoshida
  • 学会等名: JpGU Meeting 2021: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of a coupled atmosphere-ocean reanalysis using tropical Pacific mooring data (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii, Y., C. Kobayashi, I. Ishikawa, and Y. Takaya
  • 学会等名: US CLIVAR Tropical Pacific Observing Needs Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of the coupled atmosphere-ocean reanalysis and future development of the coupled data assimilation system in JMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii, Y., C. Kobayashi, I. Ishikawa, Y. Takaya, T. Ishibashi, and T. Yoshida
  • 学会等名: Joint ECMWF/OceanPredict workshop on Advances in Ocean Data Assimilation
  • 国際学会
• [学会発表] 気象研究所における結合同化システムの開発の成果と今後について (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤井陽介, 石橋俊之, 小林ちあき, 石川一郎
  • 学会等名: 名古屋大学宇宙地球環境研究所 研究集会 「宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
• [学会発表] 気象庁季節予報用全球海洋データ同化システムの更新 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤井陽介、足立恭将、石川一郎、吉田拓馬、平原翔二、久保勇太郎、杉本裕之
  • 学会等名: 日本海洋学会2021年度秋季大会
• [学会発表] EUV signals associated with O+ ions observed from ISS-IMAP/EUVI in the nightside ionosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, Y. Hozumi, A. Saito, I. Yoshikawa, A. Yamazaki, K. Yoshioka, G. Murakami
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 国際学会
• [学会発表] An iterative ensemble-based variational method with ensemble generation in random subspaces (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Feasibility study of the global MHD simulation code toward reanalysis of the space weather phenomena (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Fujita, Shin'ya Nakano, Akira Kadokura, Yoshimasa Tanaka, Ryuho Kataoka, Aoi Nakamizo, Yasubumi Kubota, Keisuke Hosokawa, Satoko Saita
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Auroral oval in the last 3000 years and future (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryuho Kataoka, Shin'ya Nakano
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 国際学会
• [学会発表] 機械学習・数値シミュレーション・観測による宇宙プラズマ現象研究に向けた学習データの整備 (2021)
  • 著者名/発表者名: 深沢 圭一郎, 木村 智樹, 徳永 旭将, 中野 慎也
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Modeling of the AL index time series with echo state network (2021)
  • 著者名/発表者名: Shin'ya Nakano, Ryuho Kataoka
  • 学会等名: IAGA-IASPEI Joint Assembly 2021
  • 国際学会
• [学会発表] A machine learning approach to fill the data gaps of the solar wind profiles causing large magnetic storms (2021)
  • 著者名/発表者名: 片岡龍峰, 中野慎也
  • 学会等名: 第150回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
• [学会発表] Diagnosis of solar-wind effects on the AE indices based on an echo state network model (2021)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也, 片岡龍峰
  • 学会等名: 第150回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
• [学会発表] Feasibility study of the global MHD simulation code toward reanalysis of the space weather phenomena (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Fujita, Shin'ya Nakano, Akira Kadokura, Yoshimasa Tanaka, Ryuho Kataoka, Aoi Nakamizo, Yasubumi Kubota, Keisuke Hosokawa, Satoko Saita
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] A machine learning approach to fill the data gaps of the solar wind profiles causing large magnetic storms (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryuho Kataoka and Shin'ya Nakano
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Virtual sounding of solar-wind effects on the AE indices based on an echo state network model (2021)
  • 著者名/発表者名: Shin'ya Nakano and Ryuho Kataoka
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 機械学習による太陽風データギャップ復元と磁気嵐駆動源の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 片岡 龍峰, 中野 慎也
  • 学会等名: 名古屋大学宇宙地球環境研究所 研究集会「宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
• [学会発表] Echo state networkによるオーロラ活動指数のモデリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 中野 慎也, 片岡 龍峰
  • 学会等名: 名古屋大学宇宙地球環境研究所 研究集会「宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」
• [学会発表] アンサンブルによる変分法データ同化とその拡張 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中野 慎也
  • 学会等名: 固体地球科学データ同化/データ駆動型地球科学に関する研究会
• [学会発表] Data assimilation of electron radiation belts using the Arase high energy electron data (2021)
  • 著者名/発表者名: 三好 由純、上野 玄太、齊藤 慎司、栗田 怜、堀 智昭、今城 峻、三谷 烈史、篠原 育、高島 健、東尾 奈々
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple roles of plasma waves in the inner magnetosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyoshi, Y. Kasahara, H. Kojima, S. Matsuda, S. Kurita, S. Saito, Y. Katoh, A. Matsuooka, I. Shinohara
  • 学会等名: ICEAA-IEEE-APWC-USNC-URSI-PSM
  • 国際学会
• [学会発表] Cross-energy coupling process via wave-particle interactions in Geospace observed by the Arase satellite (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyoshi, I. Shinohara
  • 学会等名: General Incorporated Association
  • 国際学会
• [学会発表] 波動粒子相互作用による地球磁気圏MeV電子の加速 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三好由純、齊藤慎司、松本洋介
  • 学会等名: 第38回 プラズマ・核融合学会 年会