Study on global terrestrial hydrodynamics with satellite earth observations

利用卫星对地观测研究全球陆地流体动力学

• 批准号: 21H05002
• 负责人: 沖 大幹
• 金额: $ 119.39万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05002/
• 关键词: 水文学; 衛星観測; 陸域モデル; データ同化; 地球表層水動態

初年度は、陸域水循環データ同化システムの構築に最優先で取り組んだ。全球河川モデルCaMa-Floodに衛星高度計の実観測データをデータ同化するアルゴリズムを、モデルの誤差特性が異なる場合を想定して複数開発した。衛星高度計を全球河川モデルに同化するために、高度計の観測点が全球河川モデルのどの格子に対応するかを分析するコードを開発し、河道データへの配置が完了した。データ同化による陸面過程モデルの水文変数の改善を定量化するため、陸面過程モデルの出力を評価するベンチマークシステムを導入した。特に、河川流量や土壌水分などの新たな変数を導入した。また、陸域データ同化システムの開発を進め、アンサンブル変換カルマンフィルタに粒子フィルタを新しくハイブリットした手法を開発した。また、人間活動を考慮した陸域水循環の再解析を実現するため、河川モデルと水資源モデルの結合を進めた。全球水資源モデルH08の最下流ダム以降の流下計算をCaMa-Floodに引き渡して実行するための一連のプログラムを整備した。また、H08のダム貯水量を水位・湖面積に変換するアルゴリズムを試作・実装することに成功した。水平5分グリッド高解像度全球水資源モデルを利用可能とし、また大都市を対象としてグリッド間の水輸送機能評価を実施、全球高解像度での都市の水需給評価を可能とした。 さらに、統合陸域シミュレータILSに治水ダム操作モデルを実装し、河川流量予測性能の評価を行った。氷河に水資源を依存している地域におけるシミュレーション高度化を図るため、気象外力の高精度化にも取り組んだ。1km解像度と30m解像度の標高データを用いて，地形による斜面の向きと勾配，周囲の地形による遮蔽，開空度が入力短波放射量に与える影響を考慮して解析を行った。

第一年，重点建设陆地水循环资料同化系统。我们开发了几种算法，将卫星高度计的实际观测数据吸收到全球河流模型 CaMa-Flood 中，假设模型具有不同的误差特征。为了将卫星高度计同化到全球河流模型中，我们开发了一个代码，分析高度计观测点对应于全球河流模型的哪个网格，并完成了其在河道数据中的放置。为了量化数据同化对地表过程模型中水文变量的改善，我们引入了基准系统来评估地表过程模型的输出。特别是引入了河流流量和土壤湿度等新变量。我们还推进了地面数据同化系统的开发，并开发了一种新的集成变换卡尔曼滤波器和粒子滤波器的混合方法。此外，为了考虑人类活动重新分析陆地水循环，我们结合了河流模型和水资源模型。我们开发了一系列程序，用于将全球水资源模型 H08 中最下游大坝之后的流量计算转移到 CaMa-Flood 并执行流量计算。我们还成功地原型设计并实施了一种算法，将 H08 大坝蓄水量转换为水位和湖泊面积。推出水平5分钟网格高分辨率全球水资源模型，开展大城市网格间水输送功能评价，为全球高分辨率城市水资源供需评估提供可能。 此外，在综合陆地模拟器ILS中实现了防洪坝运行模型，并对河道流量预测性能进行了评估。为了提高依赖冰川水资源的地区的模拟复杂度，我们还致力于提高外部气象力的准确性。利用分辨率为1km和30m的高程数据，综合考虑地形的坡向、坡度、周围地形的屏蔽、开放程度等对输入短波辐射的影响进行分析。

项目成果

Validity of estimating flood and drought characteristics under equilibrium climates from transient simulations

• DOI: 10.1088/1748-9326/ac27cc
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: Environmental Research Letters
• 影响因子: 6.7
• 作者: J. Boulange;N. Hanasaki;Y. Satoh;T. Yokohata;H. Shiogama;P. Burek;W. Thiery;D. Gerten;Hannes Müller Schmied;Y. Wada;S. Gosling;Y. Pokhrel;N. Wanders

全球水資源モデルH08の九州への適用

全球水资源模型H08在九州的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: 浜屋宏平;花崎直太
• 通讯作者: 花崎直太

Towards hyper resolution global hydrological modeling with human activities - an application of the H08 model to the Kyushu Island in Japan

利用人类活动进行超分辨率全球水文建模 - H08 模型在日本九州岛的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Ishikawa;M. Hara;H. Tanaka;M. Kaneko;and T. Kimoto;N Hanasaki
• 通讯作者: N Hanasaki

ブータン王国の水力発電における気候変動と発電所増設による将来変化の推定

不丹王国水力发电因气候变化和电厂扩建而造成的未来变化的估计

• 发表时间: 2021
• 作者: 石川 こより;土居 慶祐;佐々木 織江;鼎 信次郎
• 通讯作者: 鼎 信次郎

陸面過程モデルSiBUCにおける氷河熱収支の改善

陆地表面过程模型SiBUC中冰川热平衡的改进

• 发表时间: 2021
• 作者: 岩川岳史;田中賢冶;田中茂信
• 通讯作者: 田中茂信