高潮モデル高度化と多数アンサンブル実験による確率的な巨大高潮リスクの将来変化予測

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02253
• 研究機関: 関西大学
• 研究代表者: 安田 誠宏 関西大学, 環境都市工学部, 准教授 (60378916)
• 研究分担者: 中條 壮大 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20590871) ; 金 洙列 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 准教授 (60508696) ; 志村 智也 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70789792) ; 森 信人 京都大学, 防災研究所, 教授 (90371476)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 高潮 / 気候変動 / アンサンブル予測 / ディープラーニング / 確率台風モデル

研究実績の概要

気候変動に関する大規模アンサンブルデータベースd4PDFデータで校正した全球確率台風モデルGSTMについて，例外的に強い台風の処理を変化させた場合の結果を比較した．その結果，平均的な台風の再現性は高いままに，極端台風の発生頻度をやや抑えることができた．中心気圧の頻度分布比較からGSTMは元のd4PDFよりも，観測値のそれとの一致度が高くなっていることが示された．
日本周辺海域における過去から将来の海面水位変化の特性と不確実性を明らかにし，力学的海面高度を考慮した海面上昇量を定量的に評価した．
d4PDFおよびGSTMデータを用いて，2019年台風19号の類似経路の再現期間およびその将来変化の評価を行った．また，東京湾にとって最大クラス高潮を引き起こす経路の再現期間を算出した．将来気候において台風の発生個数が減少するという作用が経路変化や強度変化よりも長期評価に大きく影響することがわかった．
GSTMと高潮モデルSuWATを用いて高潮解析を行い，瀬戸内海を対象に高潮簡易予測式を提案し，d4PDFを用いて高潮の将来変化を評価した．これまでの研究成果と同様に，将来気候では現在気候と比べて高潮リスクが高まる予測結果が得られた．
畳み込みニューラルネットワークCNNを用いて，気象場（気圧・風速）の時空間的な情報から高潮の時系列を予測した．高潮の予測に重要な説明変数やハイパーパラメータ，学習データ数を比較し，気象の再解析データを用いてCNNの予測精度を検証した．d4PDFを用いて，CNNによる高潮の長期評価を行った．再現期間が長くなると，現在気候下の高潮より将来気候下の高潮の方が高くなる結果が得られた．
フルスケールで実施された越波・越流遷移実験を基にして，波浪の影響や浸水流量の時間変化を適切に再現可能な，越波・越流遷移モデルを開発し，高波・高潮結合シミュレーションモデルSuWATに実装した．

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

コロナ禍による国際会議の延期で成果発表が十分にできなかったが，それ以外については，おおよそ想定していた進度で計算を進めることができた．

今後の研究の推進方策

ディープラーニングによる気象場を用いた海象予測モデルとして，CNNを用いていたが，LSTMの適用性について検討する．高潮モデルSuWATと確率台風モデルを組み合わせて，大阪湾を対象にL2高潮の再現確率を推定する．

研究成果

• [雑誌論文] 確率台風モデルを援用した瀬戸内海における高潮の統計的予測手法に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山彼杜，安田誠宏，金 洙列，中條壮大，志村智也
  • 雑誌名: 土木学会論文集B2（海岸工学） 巻: 76(2) ページ: I_1087-I_1092
  • DOI: 10.2208/kaigan.76.2_I_1087
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 畳み込みニューラルネットワークによる台風気象場を用いた高潮の時系列予測と長期評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木裕次，安田誠宏，Adrean WEBB，森 信人
  • 雑誌名: 土木学会論文集B2（海岸工学） 巻: 76(2) ページ: I_1093-I_1098
  • DOI: 10.2208/kaigan.76.2_I_1093
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 2019年台風19号の高潮再現および台風経路の再現期間と将来変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 澁谷容子，森 信人，中條壮大，梅田 尋慈
  • 雑誌名: 土木学会論文集B2（海岸工学） 巻: 76(2) ページ: I_139-I_144
  • DOI: 10.2208/kaigan.76.2_I_139
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 全球確率台風モデルを用いた将来の台風特性の都市域スケールでの評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中條壮大，森 信人
  • 雑誌名: 土木学会論文集B2（海岸工学） 巻: 76(2) ページ: I_1141-I_1146
  • DOI: 10.2208/kaigan.76.2_I_1141
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 気候変動を考慮した我が国の三大湾の高潮最大潮位偏差についての研究レビュー (2020)
  • 著者名/発表者名: 森 信人，福井信気，志村智也
  • 雑誌名: 土木学会論文集B2（海岸工学） 巻: 76(1) ページ: 1-6
  • DOI: 10.2208/kaigan.76.1_1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coastal impacts of super typhoon Hagibis on Greater Tokyo and Shizuoka areas, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimozono, T., Tajima, Y., Kumagai, K., Arikawa, T., Oda, Y., Shigihara, Y., Mori, N., Suzuki, T.
  • 雑誌名: Coastal Engineering Journal 巻: 62:2 ページ: 129-145
  • DOI: 10.1080/21664250.2020.1744212
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 気候変動に伴う日本周辺海域を対象とした海面上昇量の予測不確実性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮内海峰，森 信人，志村智也，建部洋晶
  • 雑誌名: 土木学会論文集B2（海岸工学） 巻: 76(2) ページ: I_1135-I_1140
  • DOI: 10.2208/kaigan.76.2_I_1135
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assessment of uncertainties in projecting future changes to extreme storm surge height depending on future SST and greenhouse gas concentration scenarios (2020)
  • 著者名/発表者名: J-A Yang, S. Kim, S. Son, N. Mori, H. Mase
  • 雑誌名: Climatic Change 巻: 162 ページ: 425-442
  • DOI: 10.1007/s10584-020-02782-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Storm surge risk assessment for the insurance system: A case study in Tokyo Bay, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Hisamatsu, R., S. Tabeta, S, Kim, K. Mizuno
  • 雑誌名: Ocean & Coastal Management 巻: 189 ページ: 105147
  • DOI: 10.1016/j.ocecoaman.2020.105147
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] フルスケール実験に基づく越波・越流遷移モデルと高波・高潮浸水シミュレーションへの実装 (2020)
  • 著者名/発表者名: 間瀬 肇，金 洙列，由比政年，武田将英，楳田真也，川崎浩司，平石哲也，松下紘資
  • 雑誌名: 土木学会論文集B2（海岸工学） 巻: 76(1) ページ: 7-19
  • DOI: 10.2208/kaigan.76.1_7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] APPLICABILITY OF d4PDF DATASET TO GLOBAL STOCHASTIC TROPICAL CYCLONE MODEL (2020)
  • 著者名/発表者名: Sota Nakajo
  • 学会等名: International Conference on Coastal Engineering
  • 国際学会