| 研究課題/領域番号 |
26289162
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
谷口 健司 金沢大学, 環境デザイン学系, 准教授 (20422321)
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| 研究分担者 |
中村 和幸 明治大学, 総合数理学部, 専任准教授 (40462171)
広瀬 望 松江工業高等専門学校, 環境・建設工学科, 准教授 (40396768)
久保 守 金沢大学, 電子情報学系, 助教 (90249772)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 気象学 / リモートセンシング / 水循環 / 洪水 |
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| 研究実績の概要 |
平成２６年度は運輸多目的衛星MTSAT及び衛星搭載マイクロ波放射計AMSR-Eを用いたアンサンブルカルマンフィルタ（EnKF）によるデータ同化手法の構築に取り組み，設定の違いについて基礎的な検討を行った．アンサンブルメンバー数を変化させた実験では，比較的少数のメンバーでも同化による改善が期待できることが示された．アンサンブルメンバーに与える初期摂動に関しては，雲微物理量の初期摂動の変動幅が同化結果に与える影響は大きく，適切な摂動を与えることの重要性が示唆された．同化対象変数については，水蒸気量を同化対象に含む，または含まない実験を行い，水蒸気を同化対象に含む方が降水予測結果が良く，同化に用いている37GHz輝度温度の水蒸気への感度は必ずしも高くはないが，その場合でも改善効果があることが示された．
また，グラフィカルモデルの活用と，粒子フィルタ・EnKFについて，雲微物理衛星データ同化に対する適用性を検討した．Lorenz 63モデルを用いた試験では，雲微物理衛星データ同化への適用を想定し，粒子数や，観測ノイズに一定方向バイアスを加えた場合の検討を行い，誤差要因についてグラフィカルモデルを用いた検討の有効性が確認できた．フィルタ手法の適用については，一定方向バイアスの場合には，粒子フィルタが適切に働くことが確認できた一方，粒子数が不足する場合には，EnKFの方が有効であることが確認でき，本問題へのEnKF適用の有効性が確認できた．
陸面放射率については過去の全球プロダクトの収集及び基礎的解析を行うとともに，放射率算定モデルTELSEMの動作確認を行った．
また，現地観測についてはシーロメータ，気象センサー（風速、風向、降水量、気圧、気温、相対湿度）， Webカメラ ，2次元降水粒子計による地上観測を実施し，観測データの自動記録・収集および可視化システムを構築した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
雲微物理衛星データ同化手法の開発については当初の計画よりもスムーズにプログラム開発を進めることが出来たため，初年度においてアンサンブルメンバー数，初期摂動における変動幅，同化対象変数を変化させた場合の基礎的挙動など，複数項目の検討に必要な実験を行うことができた．これらの結果により，想定していた項目以外に関する新たなアイディアを含めて，次年度以降の手法の改善・高度化に向けた有用な知見を数多く得るとともに，個々の課題に関する改善方策について具体的な検討を行い，今後の作業手順にいたるまで計画することができた．また，開発においては共同研究者間での意見交換や研究討議を密に行い，その結果を実装に反映するというサイクルが良好に機能しており，研究チームとしても有機的に活動できている．
データ同化に関する基礎的な検討については，研究実績の概要に述べた以外にも，既存の粒子法流体解析プログラムを用いて，3次元の場合や流入条件の場合について修正し，本研究に適用可能な形式に修正し，尤度計算やモデル評価を行い，局所的に複雑な流れについてデータ同化につなげることを可能とするなど，実際のデータ同化システムの開発とは別に，原理的な観点からデータ同化の高度化に向けた作業も並行して進めている．
陸面放射率の推定については，過去の全球放射率分布に関するプロダクトを入手し，日本を対象として陸面放射率の季節変化及び年々変動の基本的な挙動の把握を行うとともに，データ同化システムで利用するためのデータ共有の準備を行った．また，放射率算定モデルの入手及び，その動作確認を行うことができた．また，土地被覆データの空間解像度を変化させた場合の陸面放射率推定についても検討を進めた．
現地観測については計画通り観測システムを構築しデータ収集を進めている．
以上より，本研究は現在まで概ね順調に進展していると評価するものである
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| 今後の研究の推進方策 |
EnKFによる雲微物理衛星データ同化手法については，3つの改善に取り組む．1つめは，アンサンブルメンバーに与える初期摂動場において，雲氷・雪・霰・雲水量等の雲微物理量の鉛直配分の温度依存性を考慮する．従来は雲頂から雲底までの層を一定の割合で分け，各雲微物理量を配分していたが，各相の存在範囲が温度と密接に関連することから，数値気象モデル内の鉛直温度分布に基づく初期摂動場を作成する．2つめの改善は，同じく初期摂動場における衛星搭載マイクロ波放射計観測より推定された積算雲水量分布情報の活用である．従来は摂動に広い変動幅を与えていたが，衛星観測より推定された積算雲水量を活用することで，変動幅を限定するとともに，適切な空間分布を与えることができる．3つめは，陸域地表面放射率分布の利用である．平成26年度は，データ同化における観測演算子である放射伝達モデル（RTM）の実行に必要な地表面放射率を，陸域にも海洋と同様の値を与えていたが，本来は土地被覆や土壌状態に依存する．昨年度入手した地表面放射率分布から気候値を作成し，対象領域の陸域での放射率の平年値を与え，RTMの計算精度を向上させ，同化結果の改善を図る．
一方，気候値より適時性の高い地表面放射率の推定に向け，昨年度入手した地表面放射率と同時期について，地表面放射率推定ツールTELSEMを用いた推定と検証を行い，TELSEM利用の妥当性について検討を行う．なお，土地被覆情報は国土地理院から配布されている土地利用データを，植生の季節変化には月ごとに推定した正規化植生指標（NDVI）を用いる．
雲底高度推定手法については，当初はRTMによる雲底高度推定を予定していたが，上記のアンサンブルメンバー作成に鉛直温度分布を考慮して与えた雲微物理量の鉛直分布と，シーロメータ観測により得られた雲頂高度を比較することで，その妥当性を検討する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
開発した計算アルゴリズムについての学会発表を計画していたが，より対応範囲の広いプログラムの開発を優先する方が有効と判断し，発表機会と研究打ち合わせを翌年以降に計画変更した．そのため，学会発表にかかわる旅費ならびに参加費と，研究打ち合わせに関わる旅費に未使用が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
繰越分については，学会発表ならびに研究打ち合わせにかかわる旅費を中心に使用する予定である．
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