集中豪雨の発達機構を解明する水物質同化手法の研究

水物质同化方法研究阐明暴雨发展机制

基本信息

批准号：
21K03669
负责人：
幾田泰酵
金额：
$ 1.75万
依托单位：
Japan, Meteorological Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

这项研究的目的之一是使大气中的水物质的分析变量阐明水物质的背景误差的特征以及其高精度的估计值。传统的统计背景误差估计方法使由于云降水过程的多样性而难以获得水材背景误差的高度准确估计。因此，我们正在开发一种通过深度学习在各种情况下找到背景误差协方差矩阵的方法。首先，为了创建一个用于学习的数据集，我们使用日本气象局中媒体模型基于研究实施计划的“集合预测”任务1，对100名成员进行集合预测进行了计算。背景错误协方差矩阵的数据集由该集成预测的结果创建，用作研究实施计划的“深度学习”任务2中的训练输入数据，对于进步任务2是必不可少的。背景误差协方差矩阵的图像是从任务1中计算出的集合数据产生的，并准备了培训的数据集合。使用图像数据集，我们训练了一个有条件的对手生成网络（CGAN），这是深度学习之一，用于夏季和冬季背景错误协方差矩阵和条件图像。结果，将水物质的垂直剖面作为条件应用于CGAN，并且成功生成了背景误差协方差矩阵的图像。这是一个创新的结果，表明瞬时生成流动依赖的背景误差协方差的可能性，而无需整体预测，需要大量的计算资源。此外，为了阐明云降水过程的误差特征，我们将水物质预测与双极化雷达进行了比较，以研究预测误差特征。结果，发现在云微物理方案中雨滴和雪颗粒的粒度分布的假设存在问题，因此我们改善了云微物理方案并努力提高模拟的准确性。提高降水预测的准确性将大大推动大雨发展机理的阐明，这是本研究的主要目的。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

1km格子 asuca を用いた豪雨をもたらした降水系の流跡線解析

利用1km网格asuca对造成暴雨的降水系统进行轨迹分析

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Liu Ming-Chang、McCain Kaitlyn A.、Matsuda Nozomi、Yamaguchi Akira、Kimura Makoto、Tomioka Naotaka、Ito Motoo、Uesugi Masayuki、Imae Naoya、Shirai Naoki、Ohigashi Takuji、Greenwood Richard C.;et al.;甲斐憲次;瀬古弘
通讯作者：
瀬古弘

Evaluation and improvement of cloud microphysics scheme using ground-based polarimetric radar and disdrometer observations

利用地基极化雷达和测距仪观测评估和改进云微物理方案