Advancing global river hydrodynamic simulations using satellite surface water observations

利用卫星地表水观测推进全球河流水动力模拟

基本信息

批准号：
20H02251
负责人：
山崎大
金额：
$ 10.82万
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 (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02251/
关键词：
グローバル水文学全球河川モデル衛星観測

项目摘要

本年度は、衛星観測などを用いて全球河川モデルのシミュレーション性能を包括的に評価する「全球河川モデルのベンチマーク枠組み」の開発に集中的に取り組んだ。現地観測の河川流量、衛星高度計による河川水位、可視光衛星観測による浸水面積のデータを収集し、モデル出力と比較可能なようにデータ形式変換や品質管理を行なった上で、全球河川モデルの出力結果を比較してシミュレーションスコアを自動的に算出する仕組みを開発した。また、複数地点の精度指標を統合する手法も開発し、河川モデルがリファレンスシミュレーションと比較して改善したかを判断するモデルベンチマークが可能になった。この仕組みを用いて、どの入力流出量データがもっとも精度が高いかを客観的に判断できるようになったほか、流下スキームやパラメータを変更した際に、それがモデル性能の改善に寄与したかを広域で包括的にベンチマークできるようになった。また、衛星高度計の実際の観測データを全球河川モデルにデータ同化する手法を開発した。全球河川モデルには依然として水位にバイアスが存在するが、モデル水位と観測水位の両方を正規化することによって、データ同化によって河川流量の推定精度が向上することを確かめた。ただし、データ同化がうまくいく条件として、モデル計算流量の平均値や振幅にバイアスがないことが条件となっており、河川モデル自体のさらなる改善は必要である。この結果はHydrology and Earth System Science誌に発表した。この他、次世代衛星高度計SWOTの日本チームが集まって2022年7月に福岡でワークショップを行い、衛星高度計を用いた河川モデルパラメータ推定・データ同化・河川沿岸海洋モデルの結合といった先端的な研究の可能性について議論を行なった。

今年，我们重点开发了“全球河流模型基准框架”，利用卫星观测综合评估全球河流模型的模拟性能。我们收集现场观测到的河流流量、卫星高度计测量的河流水位、可见光卫星观测测量的淹没面积等数据，经过数据格式转换和质量控制，以便与模型输出进行比较，输出我们开发了一个系统，可以通过比较结果自动计算模拟分数。我们还开发了一种方法来集成多个位置的准确性指标，从而可以对河流模型进行基准测试，以确定其与参考模拟相比是否有所改进。使用这种机制，可以客观地确定哪些输入径流数据具有最高的准确性，并且还可以确定流量方案或参数的变化是否有助于提高大范围的模型性能。我们还开发了一种方法，将卫星高度计的实际观测数据吸收到全球河流模型中。尽管全球河流模型在水位方面仍然存在偏差，但我们证实，数据同化通过标准化模型水位和观测水位来提高河流流量估计的准确性。但资料同化成功的一个条件是模型计算的流量平均值或幅值不存在偏差，还需要对河流模型本身进行进一步改进。研究结果发表在《水文学与地球系统科学》杂志上。此外，日本下一代卫星高度计SWOT团队将于2022年7月在福冈聚集并举办研讨会，开展河流模型参数估计、数据同化以及利用卫星链接河流-海岸-海洋模型等前沿研究我们讨论了高度计的可能性。