平成26（2014）年度　一般研究１実施報告書

課題番号	26−共研−1003	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	固体地球科学におけるデータ同化法の構築
フリガナ 代表者氏名	ナガオ ヒロミチ 長尾 大道		ローマ字		Nagao Hiromichi
所属機関	東京大学
所属部局	地震研究所
職　　名	准教授

研究目的と成果（経過）の概要

　データ同化は数値シミュレーションと観測データをベイズ統計学の枠組みで融合するための基盤技術であり、シミュレーションモデルに含まれるパラメータや、過去および現在における状態を推定しながら、未来における状態を予測するシミュレーションモデルを構築することを目的とする。データ同化は、統計科学で理論・アルゴリズムが厳密に構築されており、気象学や海洋学において目覚ましい発展を遂げたものの、固体地球科学ではまだ十分に普及するには至っていない。本課題では、固体地球科学、統計科学、計算科学の
研究者が組織的に共同研究を行う体制を確立することにより、固体地球科学のシミュレーションモデルと観測データに適したデータ同化法を開発し、様々なモデルとデータに適用することを目的とする。また、大量の観測データから高速に情報を抽出し、シミュレーションモデルにリアルタイムに同化するために、データを自動処理するための技術開発も併せて実施する。データ同化法の構築により、シミュレーションモデルと観測データの両者に基づく現象の理解や将来予測、あるいはモデルの評価および検証を定量的に行うことが可能になる。
　平成26年度の具体的な研究成果は以下の通りである。
(1) 大規模・高次元モデルに対して適用可能なデータ同化手法の開発
シミュレーションの繰り返し回数を抑えながら非ガウス的な観測データの情報をモデルに取り入れるために、アンサンブル変換カルマンフィルタの手続きの途中で多数の粒子によるモンテカルロ積分を実行する手法を提案した。
(2) データ同化手法を用いた摩擦構成則に基づく断層すべりモデルの状態・パラメータ推定データ同化により速度・状態依存摩擦構成則に基づく断層すべりモデルの変数（すべり・すべり速度・状態変数）と摩擦パラメータを推定する手法の開発を行った。今年度は速度・状態依存摩擦構成則に従うバネ・ブロックモデルに対して粒子フィルタ・スムーザ、アンサンブルカルマンフィルタ・スムーザ、アジョイント法を適用し、余効すべりの模擬観測データを用いた数値実験によって各同化手法のモデルに対する特性を検討した。

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）

Iwata, T. (2014), Decomposition of seasonality and long-term trend in seismological data: a Bayesian modeling of earthquake detection capability, Australian & New Zealand Journal of Statistics, 56, 201-215.

Nakano, S. (2014), Hybrid algorithm of ensemble transform and importance sampling for assimilation of non-Gaussian observations, Tellus A, 66, 21429, doi:10.3402/tellusa.v66.21429.

Nakata, R., S. Miyazaki, M. Hyodo, and T. Hori (2014), Reproducibility of spatial and temporal distribution of aseismic slips in Hyuga-nada　of southwest Japan, Marine Geophysical Research, 35, 311-317, doi:10.1007/s11001-013-9199z.

Fukuda, J., A. Kato, K. Obara, S. Miura, and T. Kato (2014), Imaging of the early acceleration phase of the 2013--2014 Boso slow slip event, Geophysical Research Letters, 41, 7493-7500, doi:10.1002/2014GL061550.

Nagao, H. (2014), What is required for data assimilation that is applicable to big data in the solid Earth science? - Importance of simulation-/data-driven data assimilation, The Proceedings of 17th International Conference on Information Fusion, 1-6.

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。

(1)
日時：2014年9月2日（火） 10:00〜14:00
場所：東京大学地震研究所1号館2階セミナー室
テーマ: 大自由度系におけるデータ同化
参加者数：10名程度

(2)
日時: 2014年10月29日(水) 10:00〜17:30
場所: 東京大学工学部6号館
テーマ: 研究集会「データ同化と粒子フィルタの接点」
参加者数: 23名

(3)
日時：2015年1月22日（木）14:00-18:00
2015年1月23日（金）10:00-16:00
場所：東京大学地震研究所2号館2階第二会議室
テーマ：1日目：カルマンフィルタ及びアジョイント法に関する勉強会
2日目：断層すべりの物理モデルに対するデータ同化
参加者数：10名程度

(4)
日時：2015年3月31日（火）　10:00〜17:00
場所：東京大学地震研究所2号館2階第二会議室
テーマ：地震活動モデル及び断層すべりの物理モデルに対するデータ同化
参加者数：10名程度

研究参加者一覧
氏名	所属機関
有吉 慶介	独立行政法人海洋研究開発機構
市村 強	東京大学
岩田 貴樹	常磐大学
奥田 亮介	京都大学
熊澤 貴雄	統計数理研究所
小屋口 剛博	東京大学
庄 建倉	統計数理研究所
鶴岡 弘	東京大学
中田 令子	独立行政法人 海洋研究開発機構
中野 慎也	統計数理研究所
中村 和幸	明治大学
福田 淳一	東京大学
堀 高峰	独立行政法人 海洋研究開発機構
堀 宗朗	東京大学
宮崎 真一	京都大学