科学研究費補助金 基盤研究(B)
豪雨の力学的予測のための初期値解析と予測信頼性の評価に関する研究 

研究期間 平成17年度〜平成20年度(4年計画第4年度) 
研究代表者 斉藤 和雄 (予報研究部)
研究分担者 青梨 和正、原 昌弘、瀬古 弘、小司 禎教、川畑 拓矢 (予報研究部)、國井 勝 (台風研究部)

連携研究者 柳野 健、永戸 久喜 (予報研究部)、中澤 哲夫 (台風研究部)、村上 正隆(物理気象研究部)、田中 博(筑波大学・計算科学研究センター)、 津田 敏孝、古本 淳一(京都大学、生存圏研究所)、若月 泰孝(地球環境フロンティア研究センター)

研究目的  集中豪雨など局地的な激しい気象現象を力学的に予測するため、モデル初期値としての大気状態を観測データを用いて定量的に解析するための研究を行う。また、初期値に含まれる誤差成長を調べるなどアンサンブル予報の手法をメソ現象の短時間予測に適用する手法を研究し、数値モデルの予測結果の信頼度を定量的に見積もることを試みる。さらに、将来に向けて、最も進んだ初期値解析手法とされるアンサンブルカルマンフィルターを集中豪雨などのメソ予報に応用する方法を研究する。 これらによって以下を明らかにする。
  1. リモートセンシングデータなどの観測データを高分解能非静力学モデルの初期値に変分法で取り込む研究を行い、集中豪雨・豪雪の力学的な予測のための初期値解析の手法を明らかにする。
  2. 初期値やモデルの差による予測の時間的発展への影響を調べ、メソ現象へのアンサンブル手法の適用方法について研究し、数値モデルによる予測の信頼性を定量的に見積もる手法を明らかにする。
  3. アンサンブルカルマンフィルターのメソ気象現象への応用法を研究し、実用可能性を明らかにする。

 
前年度までの
成果概要
 変分法初期値解析手法の高度化、リモートセンシング観測データ同化手法の研究、メソアンサンブル解析予報手法の構築、アンサンブルカルマンフィルターの研究を進めた。
  1. 変分法初期値解析手法の高度化として、レーダー反射強度データを同化するため、制御変数と観測演算子について検討を行った。2005年9月の首都圏豪雨事例について、雲解像度4次元変分法による同化実験を行い、反射強度と降水強度の双方で、観測データとよく一致する結果を得た。また4次元変分法の評価関数最適化アルゴリズムとして、Bundle法の検討を行った。
  2. リモートセンシングデータ同化手法の研究として、i) GPSデータ、ii)マイクロ波放射計データ、の同化手法の検討を行った。またiii)ウインドプロファイラ屈折率データやドップラーレーダーデータから水蒸気量を推定する手法の検討を行った。静止衛星搭載マイクロ波放射計データからの降水情報の利用のため、冬季日本海上を対象とする雲解像モデルの降水物質の解像度依存性やアンサンブル予報誤差の擾乱依存性について調べた。
  3. メソアンサンブル解析予報手法の構築のため、全球ターゲット特異ベクトル法、メソ特異ベクトル法、メソBGM法による初期値摂動手法を構築し、日本域や北京域を対象とする非静力学モデルによるアンサンブル予報実験を行い、単独予報に対して降水予測精度が向上することを確認するとともに、各手法の比較を行った。
  4. アンサンブルカルマンフィルターの研究として、順圧大気大循環モデルを用いた拡張カルフィルタとアンサンブルカルマンフィルターの比較実験を行った。非静力学モデルを用いたアンサンブルカルマンフィルターによる衛星マイクロ波放射計データの同化、局所アンサンブル変換カルマンフィルタによる実データ同化実験に着手した。

今年度計画  変分法初期値解析手法の改良、観測データ直接同化手法の研究、非静力学メソアンサンブル手法とアンサンブルカルマンフィルターについての開発を進め、集中豪雨力学的予測についての実データ試験につなげる。研究のとりまとめと成果発表を行う。
  1. 非静力学モデルのための変分法データ同化手法の高度化(気象研究所)
    • 非静力学4次元変分法への地上観測値同化法の開発
    • アンサンブル予報による予報誤差情報の利用の検討

  2. リモートセンシングデータデータ同化手法の開発(気象研究所・京都大学)
    • レーダー反射強度、GPSデータ(視線遅延量・掩蔽データ)、マイクロ波放射計データ (衛星・地上設置型)等の直接同化手法の検討
    • 電波音波併用レーダーの精度検証

  3. 同化予報実験(気象研究所・京都大学・地球環境フロンティア研究センター)
    • 非静力学4次元変分法を用いた豪雨事例同化実験実データテスト
    • WWRP北京2008予報実証研究開発プロジェクトメソ解析データ同化システムの高度化

  4. メソアンサンブル手法の研究(気象研究所)
    • 非静力学メソ特異ベクトル、非静力学メソBGM法、全球ターゲット特異ベクトルを用いたアンサンブル計算
    • メソアンサンブル予報における境界値摂動の効果についての調査
    • WWRP北京2008予報実証研究開発プロジェクトでのメソアンサンブル予報本実験と検証
    • 日本域を対象とするメソアンサンブル実証実験と検証
    • 予測可能性についての理論的研究

  5. アンサンブルカルマンフィルターについての開発(気象研究所・筑波大学)
    • アンサンブルカルマンフィルターを用いた雲解像モデルへの衛星マイクロ波放射計データの同化
    • 局所アンサンブル変換カルマンフィルターの実データ実験
    • カルマンフィルターと比較によるアンサンブルカルマンフィルタの精度検証