平成21年度 地球シミュレータ利用報告会

アンサンブル同化手法を用いた観測システムの最適化に関する研究

発表資料 (2.3MB)

1. プロジェクト名

アンサンブル同化手法を用いた観測システムの最適化に関する研究

Observing system research using ensemble-based data assimilation methods

2. プロジェクト責任者名

榎本 剛 (海洋研究開発機構)

Takeshi Enomoto

3. プロジェクトの目的

本課題は,地球シミュレータ共同利用プロジェクトとしては初めて,観測研究とシミュレーション研究の橋渡しを目的としている.海洋研究開発機構は,極域から熱帯まで世界各地で様々な観測を実施している.本プロジェクトでは,観測を精緻な大気または大気海洋結合シミュレーションと組み合わせて,高精度な再解析データセットを構築する.このデータセットは,アンサンブル手法により,時間発展する解析誤差を推定する.このアンサンブル再解析を参照データとした,観測の影響を定量的に評価するための観測システム実験を行う.観測システム実験から,現象の発生メカニズムや予測可能性に関する知見とともに,最適な観測システムを設計するための指針を得る.また,本プロジェクトでは,大気,海洋・海氷,陸面,温室効果気体など様々な観測データを同化するための先駆的な手法を開発する.

4. 今年度当初の計画

本年度は,大気大循環モデルAFES及び同化コードを地球シミュレータ2に最適化し,全球大気データのアンサンブル同化システムを構築する.数年分の大気再解析を実施し,これを参照データとして,極域や熱帯の観測システム実験を実施する.また,大気海洋結合モデルCFESを用いた同化システムの準備を進め,海氷・陸面・温室効果気体の同化手法開発に着手する.

5. 研究計画に沿った利用状況度

地球シミュレータでは問題なく動作したコードがただしく動作せず,システムの構築が当初計画から大幅に遅れたため,予定通り利用できていない.12月になって原因がコンパイラのバグであることが判明したので,更新されたコンパイラを用いるとともに,解決していない問題については,回避策を適用した.年度末までに,できるだけ予定を実施するように努める.

6. 今年度得られた成果、および達成度

成果

地球シミュレータに最適化したコードを用いて,全球大気観測データのアンサンブル同化システムを構築した.このシステムは,解析時刻前後3時間の同化ウィンドウで数十万の数値天気予報の観測データと1時間毎の大気大循環モデルによるアンサンブル予測を組み合わせて,大気の状態を推定する.米国環境予測センター (NCEP)が収集した観測データを米国大気研究大学連合 (UCAR)から入手した.海面水温・海氷データは,米国海洋大気局が作成した最適内挿法による1/4度日別海面水温解析バージョン2をUCARから入手した.簡単な検証の後,年度末までにこのシステムを用いた全球大気再解析及び観測システム実験を実施する.

達成度

既存データの解析や手法開発等関連研究は順調に進んでいるが,ESでの計算はシステム構築に留まるので30%程度である.年度末までに80%程度までに高めていきたい.

8. 研究成果一覧 (投稿中の論文、予定講演の場合はその旨記載のこと)

a. 原著論文 (査読あり)

  • Enomoto, T., M. Hattori, T. Miyoshi, S. Yamane, Precursory signals in analysis ensemble spread. Geophys. Res. Lett., submitted.
  • Inoue, J, T. Enomoto, T. Miyoshi, and S. Yamane, 2009: Impact of observations from arctic drifting buoys on the reanalysis of surface fields. 36, L08501, doi: 10.1029/2009GL037380.
  • Komori, N., B. Taguchi, A. Kuwano-Yoshida, H. Sasaki, T. Enomoto, M. Nonaka, Y. Sasai, M. Honda, K. Takaya, A. Ishida, Y. Masumoto, W. Ohfuchi, and H. Nakamura, A high-resolution simulation of the global coupled atmosphere–ocean system using CFES: 23-year surface climatology. Ocean Dyn., submitted.
  • Miyazaki, K., 2009: Performance of a local ensemble transform Kalman filter for the analysis of atmospheric circulation and distribution of long-lived tracers under idealized conditions. J. Geophys. Res., 114, D19304, doi:10.1029/2009JD0111892.
  • Moteki, Q., K. Yoneyama, R. Shirooka, K. Yasunaga, H. Kubota, J. Suzuki, A. Seki, M. Katsumata, H, Yamada, B Beng, M. Fujita, M. Yoshizaki, N. Sato, T. Enomoto, T, Miyoshi, S. Yamane, Assessing the influence of observations transported by convectively coupled equatorial waves. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., submitted.
  • Suzuki, K., 2009: Siberia. Submitted in V. P. Singh, P. Singh, and U. K. Haritashya, editors. Encyclopedia of Snow, Ice and Glaciers. Springer, Heidelberg, Germany.
  • Rutter, N., R. Essery, J. Pomeroy, N. Altimir, K. Andreadis, I. Baker, A. Barr, P. Bartlett, K. Elder, C. Ellis, X. Feng, A. Gelfan, G. Goodbody, Y. Gusev, D. Gustafsson, R. Hellstrom, Y. Hirabayashi, T. Hirota, T. Jonas, V. Koren, W.-P. Li, C. Luce, E. Martin, O. Nasonova, J. Pumpanen, D. Pyles, P. Samuelsson, M. Sandells, G. Schadler, A. Shmakin, T. Smirnova, M. Stahli, R. Stockli, U. Strasser, H. Su, K. Suzuki, K. Takata, K. Tanaka, E. Thompson, T. Vesala, P. Viterbo, A. Wiltshire, Y. Xue, and T. Yamazaki, 2009: Evaluation of forest snow processes models (SnowMIP2). J. Geophys. Res., 114, D06111, doi:10.1029/2008JD011063.
  • Suzuki, K., Y. Kodama, T. Nakai, G. E. Liston, K. Yamamoto, T. Ohata, Y. Ishii, A. Sumida, T. Hara, and T. Ohta. 2009. Potential impact of land-use change on snow and water balance in heavy-snowfall forested region of northern Hokkaido, Japan. submitted to Water Resources Research.

b. 原著論文 (査読なし、および雑誌等寄稿)

  • 榎本剛, 茂木耕作, 伊藤耕介. 第5回WMOデータ同化シンポジウム参加報告. 天気, 印刷中.
  • Enomoto, T., J. Inoue, T. Miyoshi, S. Yamane, 2009: Observing system experiments using the AFES-LETKF data assimilation system. Extended abstracts of the Third THORPEX International Science Symposium, Monterey, California, USA.
  • Enomoto, T., M. Hattori, T. Miyoshi, S. Yamane, 2009: Precursory signals of significant weather events found in ensemble reanalysis ALERA, Extended abstracts the 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.
  • 松枝未遠, 中澤哲夫, 別所康太郎, 榎本剛, 茂木耕作, 山口宗彦, 太田洋一郎, Third THORPEX International Science Symposium」参加報告. 天気, 査読中.
  • Miyazaki, K., A local ensemble transform Kalman filter data assimilation system for the analysis of the global distribution of CO2, 2009: Extended abstract, 8th International Carbon Dioxide Conference, pp. 2.
  • Miyazaki, K., 2009: Performance of a local ensemble transform Kalman filter data assimilation system for the analysis of the atmospheric circulation and the distribution of long-lived tracers, Extended abstracts of the 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.
  • Miyoshi, T., E. Kalnay, H. Li, Adaptive estimation of off-diagonal components of R and its treatment with EnKF., Extended abstracts of the 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.
  • Moteki, Q., 2009: Propagation of the impact signal of the additionally-assimilated observations over the Indian Ocean through tropical waves. Extended abstracts of the Third THORPEX International Science Symposium, Monterey, California, USA.
  • Moteki, Q., K. Yoneyama, R. Shirooka, M. Katsumata, M. Yoshizaki, T. Enomoto, T, Miyoshi, S. Yamane, 2009: Propagation of the impact signal of the additionally-assimilated observations over the Indian Ocean through tropical waves. Extended abstracts of the 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.

c. 学会等発表 (ポスターセッションの場合はその旨記載)

  • Enomoto, T., J. Inoue, T. Miyoshi, S. Yamane, Observing system experiments using the AFES-LETKF data assimilation system. 17 September 2009, The Third THORPEX International Science Symposium, Monterey, California, USA.
  • Enomoto, T., M. Hattori, T. Miyoshi, S. Yamane, Precursory signals of significant weather events found in ensemble reanalysis ALERA, 8 Oct 2009, The 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.
  • Enomoto, T., T. Miyoshi, S. Yamane, Atmospheric uncertainty associated with typhoon genesis estimated in ensemble reanalysis ALERA. 2 December 2009, International Workshop on Advancement of Typhoon Track Forecast Technique, Tokyo, Japan.
  • Enomoto, T., M. Hattori, T. Miyoshi, S. Yamane, Precursory signals of significant weather events found in ensemble reanalysis ALERA. 9 December 2009, Second OFES International Workshop and ESC-IPRC Joint Workshop on Computationally-Intensive Modeling of the Climate System, Honolulu, Hawaii, USA.
  • Suzuki, K., G. E. Liston, Y. Fujii, T. Oki, T. Yasunari, T. Enomoto, 2009: Snow data assimilation for water budget in Siberian Lena river basin. Extended abstracts of the 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia (ポスター).
  • Inoue, J., Impact of Depleted Arctic Drifting Buoy Network, 25 June 2009, Nineteenth annual meeting of the International Arctic Buoy Programme, Yohokahama, Japan.
  • Inoue, J., T. Enomoto, T. Miyoshi, and S. Yamane, Reduced arctic sea ice hinders accurate climate monitoring — Impact of depleted Arctic buoy network. 7 Oct 2009, The 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia (ポスター).
  • 猪上淳, 榎本剛, 三好建正, 山根省三, 大気再解析データにおける北極漂流ブイデータのインパクト, 2009年4月7日, 日本海洋学会2009年春季大会, 東京.
  • 猪上淳, 榎本剛, 三好建正, 山根省三, 2009年5月28日, 再解析データにおける北極漂流ブイデータのインパクト, 日本気象学会春季大会, つくば.
  • Inoue, J., Impact of observations from Arctic drifting buoys on reanalysis of surface fields, , 11 November 2009, Arctic climate system, its present status, future evolution and potential impacts, Brussels, Belgium. (招待講演)
  • 小守信正, 榎本剛, 山根省三, 三好建正, 大淵済, アンサンブルCFESの開発. 2009年度日本海洋学会春季大会, 2009/04, 2009年度日本海洋学会春季大会, P124, 東京(ポスター).
  • Komori, N., B. Taguchi, A. Kuwano-Yoshida, M. Nonaka, M. Honda, K. Takaya, A. Ishida, Y. Masumoto, W. Ohfuchi, and H. Nakamura, Interannual variability as simulated in a global high-resolution coupled atmosphere–ocean GCM, July 2009, IAMAS/IAPSO/IACS Joint Assembly 2009 (MOCA-09), J09.46, Montréal, Québec, Canada.
  • Komori, N., B. Taguchi, A. Kuwano-Yoshida, H. Sasaki, T. Enomoto, M. Nonaka, Y. Sasai, M. Honda, K. Takaya, A. Ishida, Y. Masumoto, W. Ohfuchi, and H. Nakamura, A high-resolution simulation of the global coupled atmosphere–ocean system using CFES, December 2009, 2nd OFES International Workshop and ESC–IPRC Joint Workshop on Computationally-Intensive Modeling of the Climate System, Honolulu, Hawaii, U.S.A.
  • 小守信正, 田口文明, 吉田聡, 佐々木英治, 榎本剛, 野中正見, 笹井義一, 本田明治, 高谷康太郎, 石田明生, 升本順夫, 大淵済, 中村尚, CFESによる高解像度大気海洋結合シミュレーション (IV), 2009/09, 2009年度日本海洋学会秋季大会, P15, 京都(ポスター).
  • 小守信正, 田口文明, 吉田聡, 佐々木英治, 榎本剛, 野中正見, 笹井義一, 本田明治, 高谷康太郎, 石田明生, 升本順夫, 大淵済, 中村尚, CFESによる高解像度大気海洋結合シミュレーション (IV), 2009/11, 日本気象学会2009年度秋季大会, P179, 福岡(ポスター).
  • 小守信正, 田口文明, 吉田聡, 佐々木英治, 榎本剛, 本田明治, 高谷康太郎, 野中正見, 笹井義一, 石田明生, 升本順夫, 大淵済, 中村尚, 大気海洋結合モデルCFESの中の雪氷圏〜季節変動と年々変動〜, 2009/12, 国立極地研究所 共同研究集会『両極異変が全球気候変動へ及ぼす遠隔作用についての観測的研究』, 新潟.
  • Miyazaki, K., Performance of local ensemble transform Kalman filter data assimilation system on analysis of long-lived tracer distributions in the troposphere and stratosphere, July, 2009, MOCA-09: IAMAS - IAPSO - IACS 2009 Joint Assembly, Montreal, Canada.
  • Miyazaki, K., Performance of a local ensemble transform Kalman filter data assimilation system for the analysis of the atmospheric circulation and the distribution of long-lived tracers, 5 Oct 2009, The 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.
  • Miyoshi, T., E. Kalnay, H. Li, Adaptive estimation of off-diagonal components of R and its treatment with EnKF., 7 Oct 2009, The 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.
  • 茂木耕作, 客観解析の精度向上に対する強化観測データ追加の効果, 2009/11/25, 日本気象学会2009年度秋季大会, 福岡.
  • Moteki, Q., Propagation of the impact signal of the additionally-assimilated observations over the Indian Ocean through tropical waves. 17 September 2009, The Third THORPEX International Science Symposium, Monterey, California, USA.
  • Moteki, Q., K. Yoneyama, R. Shirooka, M. Katsumata, M. Yoshizaki, T. Enomoto, T, Miyoshi, S. Yamane, Propagation of the impact signal of the additionally-assimilated observations over the Indian Ocean through tropical waves. 7 Oct 2009, The 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia.
  • 茂木耕作, 客観解析の精度向上に対する強化観測データ追加の効果, 2009/11/25, 日本気象学会2009年度秋季大会.
  • Suzuki, K., G. E. Liston, Y. Fujii, T. Oki, T. Yasunari, Snow data assimilation for water budget in Siberian Lena river basin. 7 Oct 2009, The 5th WMO International Symposium on Data Assimilation, Melbourne, Australia (ポスター).

d. 講演

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e. 新聞、雑誌での掲載記事

  • 「北極海の海氷激減で温暖化監視の精度が低下~氷上気象ブイ観測網の縮小による影響~」 2009/4/2海洋研究開発機構プレスリリース
  • 「北極海の海氷消失すると... 温暖化観測に支障 海洋機構試算」2009/4/3日経産業新聞.