集中豪雨の発達機構を解明する水物質同化手法の研究

本研究の目的の一つである大気中の水物質の解析変数化のために、水物質の背景誤差の特性解明とその高精度な推定値が必要となる。従来の統計的な背景誤差推定手法では、雲降水過程の多様性のため、水物質の背景誤差の高精度な推定値を得ることが困難であった。そこで、様々な状況における背景誤差共分散行列を深層学習によって求める手法の開発を進めている。まず、学習用のデータセットを作成するため、研究実施計画の課題①「アンサンブル予測」に基づき気象庁メソモデルを用いて夏と冬の典型的な降水事例を対象に100メンバーのアンサンブル予測の計算を実行した。このアンサンブル予測の結果から作成する背景誤差共分散行列のデータセットは、研究実施計画の課題②「深層学習」で学習用入力データとして使用するものであり、課題②を進めるうえで必要不可欠のものである。課題①で計算したアンサンブル予測のデータから背景誤差共分散行列の画像を生成し学習用のデータセットを準備した。画像データセットを利用して、深層学習の一つである条件付き敵対生成ネットワーク（cGAN）に夏と冬の背景誤差共分散行列の画像と条件画像のペアを学習させた。その結果、水物質の鉛直プロファイルを条件としてcGANに与え、背景誤差共分散行列の画像を生成することに成功した。これは、膨大な計算資源を必要とするアンサンブル予報を行うことなく流れに依存した背景誤差共分散を瞬時に生成できる可能性を示す革新的な結果である。また、雲降水過程の誤差特性を解明するため、水物質の予測と二重偏波レーダーを比較し予測誤差特性を調査した。その結果、雲微物理スキームの雨滴の粒径分布と雪粒子の形状の仮定に問題があることが判明したため、雲微物理スキームを改良しシミュレーションの精度向上に取り組んだ。降水予測の精度向上は本研究の主目的である豪雨の発達機構の解明を大きく進展させるものである。

本研究の目的の一つである大気中の水物質の解析変数化のために、水物質の背景誤差の特性解明とその高精度な推定値が必要となる。従来の統計的な背景誤差推定手法では、雲降水過程の多様性のため、水物質の背景誤差の高精度な推定値を得ることが困難であった。そこで、様々な状況における背景誤差共分散行列を深層学習によって求める手法の開発を進めている。まず、学習用のデータセットを作成するため、研究実施計画の課題①「アンサンブル予測」に基づき気象庁メソモデルを用いて夏と冬の典型的な降水事例を対象に100メンバーのアンサンブル予測の計算を実行した。このアンサンブル予測の結果から作成する背景誤差共分散行列のデータセットは、研究実施計画の課題②「深層学習」で学習用入力データとして使用するものであり、課題②を進めるうえで必要不可欠のものである。課題①で計算したアンサンブル予測のデータから背景誤差共分散行列の画像を生成し学習用のデータセットを準備した。画像データセットを利用して、深層学習の一つである条件付き敵対生成ネットワーク（cGAN）に夏と冬の背景誤差共分散行列の画像と条件画像のペアを学習させた。その結果、水物質の鉛直プロファイルを条件としてcGANに与え、背景誤差共分散行列の画像を生成することに成功した。これは、膨大な計算資源を必要とするアンサンブル予報を行うことなく流れに依存した背景誤差共分散を瞬時に生成できる可能性を示す革新的な結果である。また、雲降水過程の誤差特性を解明するため、水物質の予測と二重偏波レーダーを比較し予測誤差特性を調査した。その結果、雲微物理スキームの雨滴の粒径分布と雪粒子の形状の仮定に問題があることが判明したため、雲微物理スキームを改良しシミュレーションの精度向上に取り組んだ。降水予測の精度向上は本研究の主目的である豪雨の発達機構の解明を大きく進展させるものである。