Development of a novel data assimilation technique for application to particle-based simulation models

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本研究課題は，[課題A]流れ場による変換を用いた多粒子モデルのためのデータ同化の開発，[課題B]地球磁気圏荷電粒子モデル，感染症伝播モデルなどの多粒子モデルへのデータ同化の応用の2つのサブ課題に分けて研究を進めている．[課題A]に関しては，粒子分布を修正するために用いる流れ場の表現方法について検討した．本研究において，多粒子モデルの粒子分布を修正する流れ場は，ベイズ事前分布から事後分布への更新を実現するためのものであり，粒子が表現する量の密度変化をFokker-Planck方程式で表す場合，移流の効果を決める速度に相当する．本年度は，確率密度分布を流れ場に基づいて修正するparticle flow filterの手法も調査しながら，まずシミュレーション領域全体を網羅する観測が得られている場合について，シミュレーションモデルによる予測と観測とを比較する方法を検討した．令和4年度中に，流れ場を導出する方法の完成には到達できなかったものの，流れ場の推定に必要な最適化手法について，データ同化で用いられるアンサンブル変分法を粒子データにも適用可能な形に拡張するなど，一定の成果は得られた．[課題B]に関しては，応用課題で用いる粒子モデルについて検討を行った．まずは，簡単な問題設定で試すため，地球磁気圏における荷電粒子の動きを模した2次元の簡単なモデルについてプログラムの整理を行い，与えられた電磁場のもとで粒子の動きを計算できることを確認した．