報告書番号

V08037

タイトル（和文）

統計的ダウンスケーリングを用いた気象要素の確率密度推定手法

タイトル（英文）

An estimation method for predicting the probability density function of meteorological elements with statistical downscaling

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

大雨をはじめとする極端な気象の確率的予測や、温暖化時の極値頻度の気候的な予測を目的として気象要素の確率密度関数を推定する手法を開発した。本手法は統計的ダウンスケーリング手法を、超パラメトリックモデルを用いて拡張したもので、最尤法の原理により最大化問題として超パラメータを推定する。本手法を国内で豪雨の頻度の高い九州の気象官署の日降水量を目的変量、JRA-25 再解析データを説明変量とした例に適用し、重回帰による推定および観測との比較評価を行った。本手法では、標本毎に生起確率分布の幅が推定されるため、幅が固定された重回帰に比べ観測値に対する推定生起確率が平均して高くなる。これにより、確率密度推定結果に対応する赤池の情報量基準(AIC)は著しく改善した。また、全標本について生起確率の推定値を積算した結果、重回帰では大雨の生起率が極めて低くなるのに対し、本手法では観測の生起率をより的確に表現する分布を示した。これらから、確率密度推定における本手法の有効性が明らかになった。

概要 （英文）

For the purpose of application to the probabilistic prediction of extreme meteorological events like a heavy rain and the climatic prediction of extreme event occurrence, a method to estimate the probability density function (PDF) of a meteorological element has been developed. It is an extension of statistical downscaling estimation by means of a hyper-parametric model where hyper-parameters are determined by maximizing the likelihood. The present method was applied to the case where the predictant and the predictors are the daily precipitation at the meteorological observatories in Kyushu area where the heavy rainfall occurs frequently, and the re-analysis data, respectively. The results were evaluated by comparison with those obtained by the multiple regression estimation and/or observation. Since the distribution width is estimated for each sample by the present method, the PDF value at the observational value estimated by the present method is larger than that estimated by the multiple regression analysis where the distribution width is a fixed value for all samples. By the present method, the Akaike Information Criterion of PDF estimation are significantly improved. The average of the PDF estimated by the present method over the ensemble indicates a better approximation to the observed occurrence than that estimated by the regression estimation which indicates a very small value of PDF at a large daily precipitation. These findings clarify that the present method is effective in estimating PDF.

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