平成30（2018）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	30−共研−2007		分野分類			統計数理研究所内分野分類			a
						主要研究分野分類			4
研究課題名	データ同化システムにおける誤差情報の高度利用に関する研究
フリガナ 代表者氏名	フジイ ヨウスケ 藤井 陽介				ローマ字		Fujii Yosuke
所属機関	気象庁気象研究所
所属部局	海洋・地球化学研究部第２研究室
職　　名	主任研究官
配分経費	研究費	40千円		旅　費		42千円		研究参加者数		7　人

研究目的と成果（経過）の概要

●研究目的
本研究では、気象・海洋等の地球科学分野で用いられるデータ同化システムの高度化に資するため、グラフィカルモデルのデータ同化への利用、及び、アンサンブル4DVARシステムの開発を行う。

本研究の成果］
１．グラフィカルモデルの海洋データ同化での利用に関して
海洋データ同化においては、海面高度や海面水温のデータを適切に物理モデルに取り込むことが必要である。そのため、それらのデータの誤差や相関を適切にモデル化するために、グラフィカルモデルを用いた誤差分散共分散行列の推定の研究を進めた。全球を緯度・経度1度刻みの空間分解能で得られるの観測データを対象としているため、34300次元の行列の最適化を行うこととなる。
グラフィカルモデルの推定において計算負荷が高い項は3つある。
(1) 評価関数に含まれる行列式
(2) ヘッセ行列に含まれる逆行列
(3) ニュートン方向の算出のための線形方程式
昨年度は (1)および(2)の高速化を実現したので、今年度は(3)の高速化に取り組んだ。密行列で表される線形方程式をスーパーコンピュータにより並列計算で解く、概念的には単純な計算であるが、並列計算のために計算タスクを分割するやり方には任意性がある。そこで、これまでのプロセス並列による並列計算のプログラムにおいて、部分計算をスレッド並列による実行する処理を導入した。また、プロセス並列のためのブロックサイズの最適値を調査した。その結果、従来の7割の時間で(3)の計算を完了することに成功した。

２．アンサンブル4DVARシステムの開発
　本研究では、変分法を用いたデータ同化システムにおいて、並列アンサンブル計算を用いた準ユートン方により最適化と同時に解析誤差統計情報を計算する手法を開発し、アンサンブル4DVARシステムの構築に利用することを検討している。昨年までに、並列アンサンブル計算を用いた準ニュートン法を開発し、さらに解析誤差を同時に推定する方法を開発した。本年度は、上記の手法について論文化を行った。現在、査読者のコメントを受けて改訂中である。アンサンブル4DVARシステムの構築については、来年以降引き続き検討する。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

Fujii, Y., T. Toyoda, S. Urakawa, H. Sugimoto, and I. Ishikawa, Development of a global ocean data assimilation system based on a 4DVAR method, JpGU meeting 2018, 2018年5月, 千葉県千葉市

Fujii, Y., T. Toyoda, S. Urakawa, H. Sugimoto, I. Ishikawa, Y. Takaya, C. Kobayashi, T. Ishibashi, and T. Iriguchi, Development of a global ocean and coupled data assimilation for subseasonal to seasonal forecasts in Japan Meteorological Agency, International Conferences on subseasonal to decadal prediction, 2018年9月, アメリカ, ボルダー

Fujii, Y., I. Ishikawa, H. Sugimoto, T. Toyoda, S. Urakawa, T. komori, Y.Adachi, Development of a global ocean 4DVAR system for coupled predictions and a plan of applying it for coupled data assimilation, 7th International Symposium on Data Assimilation (ISDA), 2019年1月, 兵庫県神戸市

藤井陽介, 石川一郎, 杉本裕之, 豊田隆寛, 浦川昇吾, 小森拓也, 足立恭将, 全球4次元変分法海洋同化システムの開発と結合同化への利用, 統計数理研究所共同研究集会「宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」, 2019年2月, 東京都立川市

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

本研究では、以下の研究会を行った。

タイトル：データ同化に関する気象研究所・統計数理研究所勉強会
日時：2018年6月18日 13:30〜17:30 場所：政策研究大学院大学
内容：・高解像度大気モデルへの粒子フィルタの適応
　　　・誤差分布の非ガウス性を考慮したデータ同化手法
　　　・政策科学のための数理モデル解析：最近の研究より
　　　・非ガウス分布の評価法
・４次元変分法全球海洋同化システムによる海面水温場の再現性

参加者数：　10人程度

研究参加者一覧
氏名	所属機関
石橋 俊之	気象庁気象研究所
上野 玄太	統計数理研究所
碓氷 典久	気象庁気象研究所
土谷 隆	政策研究大学院大学
丹羽 洋介	国立環境研究所
広瀬 成章	気象庁気象研究所