平成28（2016）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	28−共研−2004		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	海洋データ同化システムに用いる誤差情報の高度化に関する研究（2）
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		25千円		研究参加者数		7　人

研究目的と成果（経過）の概要

［本研究の目的］グラフィカルモデルの利用、及び、並列アンサンブル計算による統計情報の作成により、海洋データ同化システムの高度化を行う。

［本研究の成果］
１．グラフィカルモデルの利用に関して
本研究では、1度格子の海面水温データを海洋データ同化システムで同化するデータとして利用するため、グラフィカルモデルを利用して誤差分散共分散行列を作成することを目指している。本年度は領域分割して反復的に推定する方法の開発を継続し、また並行して1度刻みのデータからの誤差共分散行列の推定を行った。後者の結果として、条件付き独立でない変数の近傍範囲を56近傍、60近傍、68近傍とした場合についての推定値を得た。情報量規準に基づき推定値の解析を行ったところ、近傍範囲をより拡大すべきことが分かったため、現在は80近傍の範囲での推定を進めている。

２．並列アンサンブル計算による統計情報の作成について
　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により、最適化と同時に解析誤差統計情報を作成し、その後のデータ同化計算に利用すること検討している。昨年までに、ヘッセ行列が近似的に等しい評価関数の最小化を複数のメンバーについて同時に行うことにより、収束を早める手法を開発した。本年は、上記手法を0.1度解像度の北西太平洋海洋データ同化システムに適応し、アルゴリズムの妥当性や効率について検証を行った。また、解析誤差を同時に推定する手法の開発を行い、その効果を確認した。その結果、線形化された問題については繰り返し計算の回数を削減でき、物理的整合性のある解析誤差の分布を見積もることが可能であることがわかった。また、複数メンバーの最適化による解析誤差推定手法を地表面二酸化炭素排出量分布の推定にも適応し、その推定誤差が効率的に求まることを確認した。

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）

Ueno, G. and N. Nakamura (2016): Bayesian estimation of observation error covariance matrix in ensemble-based filters, Q. J. R. Meteorol. Soc., accepted to appear.

Usui, N., Y. Fujii, K. Sakamoto, M. Kamachi (2015): Development of a Four-Dimensional Variational Assimilation System toward Coastal Data Assimilation around Japan, Mon. Wea. Rev. 143(10), 3874-3892.

Niwa, Y., Y. Fujii, Y. Sawa, Y. Iida, A. Ito, M. Satoh, R. Imasu, K. Tsuboi, H. Matsueda, and N. Saigusa (2017): A 4D-Var inversion system based on the icosahedral grid model (NICAM-TM 4D-VAr v1.0): 2. Optimization scheme and identical twin experiment of atmospheric CO2 inversion. Geoscience Model Developmentに投稿中.

Fujii, Y., Y. Niwa, and N. Usui (2017): Analysis error estimation in a 4-dimensional variational ocean data assimilation system of the western North Pacific using a quasi-Newton method. （JPGU2017でポスター発表を予定。）

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：データ同化における誤差統計情報の取り扱いに関する研究会
日時：2016年6月23日 13:30-17:30 場所：政策研究大学院大学
内容：・ベイス推定を用いた観測誤差共分散行列の最適化について
　　　・準ニュートン法を用いた解析誤差の推定
　　　・並列準ニュートン法の開発
参加者数：　10人程度

研究参加者一覧
氏名	所属機関
上野 玄太	統計数理研究所
碓氷 典久	気象庁気象研究所
倉賀野 連	気象庁気象研究所
土谷 隆	政策研究大学院大学
丹羽 洋介	気象庁気象研究所
広瀬 成章	気象庁気象研究所