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所属 |
大学院理工学研究科 附属クロスオーバー教育創成センター |
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研究室住所 |
秋田市手形学園町１−１ 秋田大学理工学部３号館108 |
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メールアドレス |
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中尾 篤史 (ナカオ アツシ)
NAKAO Atsushi
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出身大学院 【 表示 ／ 非表示 】
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2014年04月-2017年03月
東京工業大学 理工学研究科 地球惑星科学専攻 博士課程 修了
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2012年04月-2014年03月
東京工業大学 理工学研究科 地球惑星科学専攻 修士課程 修了
職務経歴（学外） 【 表示 ／ 非表示 】
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2024年04月-2025年03月
国立研究開発法人海洋研究開発機構 海域地震火山部門 客員研究員
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2023年05月-2024年03月
国立研究開発法人海洋研究開発機構 海域地震火山部門 招聘研究員
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2021年04月-2023年03月
国立研究開発法人海洋研究開発機構 海域地震火山部門 火山・地球内部研究センター ポストドクトラル研究員
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2021年01月-2021年03月
東京大学 地震研究所 特任研究員
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2019年09月-2020年10月
The University of Hong Kong Department of Earth Sciences Post-doctoral Fellow
学会（学術団体）・委員会 【 表示 ／ 非表示 】
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2017年07月-継続中
アメリカ合衆国
アメリカ地球物理学連合
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2014年10月-継続中
日本国
公益社団法人日本地震学会
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2010年05月-継続中
日本国
公益社団法人日本地球惑星科学連合
学位論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Roles of water in subduction zone dynamics and mantle chemical evolution
Atsushi Nakao
2017年03月
単著
研究等業績 【 表示 ／ 非表示 】
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Estimating the Source of Floating Pumice Found near Torishima Island, Japan: A Back-Tracking Drift Simulation Approach
Kuwatani, T., Nishikawa, H., Tanaka, Y., Watanabe, H., Tada, N., Nakao, A., Tamura, Y., and Ono, S.
ESS Open Archive 2024年09月
研究論文（学術雑誌） 国内共著
disaster prevention. However, this is difficult because they are hidden under water. Near Torishima Island in the Izu Islands, Japan, intensified seismic activity was observed during October 2023, including a mysterious tsunami-triggering earthquake on October 8 (UTC), which was considered to be linked to a volcanic activity. On October 20, 2023, aerial surveys confirmed an 80-km stretch of floating pumice near Torishima Island. This study conducted a Lagrangian back-tracking drift simulation using the ocean current data and surface wind data to trace the origin of the pumice while clarifying the theoretical basis of Lagrangian back-tracking from the Bayesian perspective. Results indicate that the pumice drifted southward from around extensional back-arc basins near Myojinsho Reef and Sumisujima Island approximately 3–5 days before its discovery. These findings are consistent with independent observations such as biological traces and the geochemical characteristics of sampled floating pumice, which is considered identical to that found on October 20 by an airplane. This indicates the presence of unknown volcanic activity around back-arc basins west of the major active volcanic zone. This study demonstrates the utility of combining drift simulations with geochemical and biological data to identify the sources of marine volcanic events, particularly in regions where direct observations are limited. The results of this study contribute to our understanding of volcanic mechanisms and their potential hazards.
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Adjoint-based marker-in-cell data assimilation for constraining thermal and flow processes from Lagrangian particle records
Nakao, A., Kuwatani, T., Ito, S., & Nagao, H.
Earth and Space Science Open Archive 2024年05月
研究論文（学術雑誌） 国内共著
Geophysical problems often involve Lagrangian particles that follow surrounding flows and record information about the system, such as the pressure and temperature path recorded in metamorphic rocks. These Lagrangian particles can be useful for constraining unknown parameters, such as their sources and the thermal and flow processes of the surrounding fluid. To use information about Lagrangian particles to constrain unknown parameters about the surrounding fluid in an inverse manner, we have developed a 4D-Var (four-dimensional variational) data assimilation for thermal convection in a particle-grid coupled system. Here we consider particles advected in a thermally convecting, highly viscous fluid that mimics geochemical tracers in the Earth’s mantle, and estimate time series of thermal and velocity fields only from the particle records, focusing on their high traceability in the laminar flow. We present preliminary 4D-Var results using a sufficient amount of synthetic particle position and velocity data. The 4D-Var run achieves a 60-Myr time reversal of thermal convection with a horizontal wavelength of 6,000 km, without using any temperature data. For smaller scale convection, the cost function tends not to decrease well, but with a shorter retrospective time domain or a large weight on early stage information, the reconstruction improves. While this work focuses on mantle dynamics, our framework has the potential to constrain thermal, flow, and mixing processes in any other laminar flow containing Lagrangian particles that record useful information.
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Adjoint-based data assimilation for reconstruction of thermal convection in a highly viscous fluid from surface velocity and temperature snapshots
Nakao, A., Kuwatani, T., Ito, S., & Nagao, H.
Geophysical Journal International 236 ( 1 ) 379 - 394 2024年01月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
It is a general problem in geoscience to estimate the time-series of velocity and temperature fields for a fluid based on limited observations, such as the flow velocity at the fluid surface and/or a temperature snapshot after flow. In this study, an adjoint-based data assimilation method (also known as four-dimensional variational data assimilation) was used to reconstruct the thermal convection in a highly viscous fluid (e.g., Earth’s mantle) to investigate which observations constrain the thermal convection and how accurately the convection can be reconstructed for different wavelengths. The data assimilated to the adjoint-based model were generated synthetically from forward models with convecting cells of different length-scales. Based on the surface velocity and temperature snapshot, our simulations successfully reconstructed thermal convection over 50 Myr in the case that the wavelength of the convective cells is sufficiently large. We obtained two main results from this parametric study. (1) When we only considered instantaneous thermal structure fitting in the cost function, the convection reconstruction tended to fail. However, there are some cases where the laminar thermal convection can be reconstructed by assimilating only the velocity along the fluid surface. (2) There is a limit to the reconstruction of thermal convection in the case that the convecting cells are small (∼1,000 km for a 50 Myr reconstruction). We propose that (1) is related to the balance of forces due to the thermal buoyancy and viscous stress around the thermal anomalies, and (2) is related to how information is preserved (i.e., how the previous thermal structure is maintained in the observable state throughout the convection process). The results enable the use of geological records to estimate time-series of velocity and temperature in Earth’s deep interior, even though the records may only contain information from shallow parts of Earth.
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Regression analysis and variable selection to determine the key subduction-zone parameters that determine the maximum earthquake magnitude
Nakao, A., Kuwatani, T., Ueki, K., Yoshida, K., Yutani, T., Hino, H., & Akaho, S.
Earth, Planets and Space ( Springer Nature ) 75 78 2023年05月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
Large variations in the maximum earthquake magnitude (Mmax) have been observed among the world’s subduction zones. There is still no universal relationship between Mmax and a given subduction-zone parameter, such as plate age, plate dip angle, or plate velocity, which suggests that multiple parameters control Mmax. Here we conduct exhaustive variable selections that are based on three evaluation criteria; leave-one- out cross-validation errors (LOOCVE), Akaike information criterion (AIC), and Bayesian information criterion (BIC) to determine the combination of subduction-zone parameters that best explains Mmax. Multiple linear regression analyses are applied using 18 subduction-zone parameters as potential candidates for the explanatory variables of Mmax. The minimum BIC is obtained when five variables (trench sediment thickness, existence of an accretionary prism, upper-plate crustal thickness, bending radius of the subducting oceanic plate, and trench depth) are selected as explanatory variables; each variable contributes positively to Mmax. Minimum LOOCVE and AIC values are obtained when eight variables (the five parameters for BIC, plus the along- strike plate convergence rate, age of the subducting plate, and maximum depth of the subducting plate) are selected. Our selection of the trench sediment thickness and plate bending radius contributing to Mmax is consistent with previous studies. The results show that increasing upper-plate crustal thickness results in a large Mmax. In addition to smoothing the subducting-plate interface via subducted sediments, along- dip extension of the crustal area along the convergent plate boundary would be important for generating a large earthquake.
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Subduction-zone parameters that control behavior of subducted oceanic plates at the 660-km depth boundary revealed by logistic regression analysis and model selection
Nakao, A., Kuwatani, T., Ueki, K., Yoshida, K., Yutani, T., Hino, H., & Akaho, S.
Frontiers in Earth Sciences ( Frontiers ) 10 2022年10月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
The potential mechanisms that drive the behavior of subducted oceanic plates at the 660-km discontinuity are subject to debate. Here we conduct logistic regression analysis and model selection to determine the key subduction-zone parameters in natural subduction zones that discriminate the plate behavior along the discontinuity. We select the key variables based on three information criteria: leave-one-out cross-validation score (LOO), Akaike Information Criterion (AIC), and Bayesian Information Criterion (BIC). Among the 17 subduction-zone parameters analyzed, only the trench velocity, convergence rate, and trench width are selected in the simplest model that minimizes BIC. The thermal parameter and several other variables are also selected to minimize AIC and LOO. Our results suggest that a stagnant slab occurs along the 660-km discontinuity when there is a narrow oceanic plate and a retreating trench in natural subduction zones, which has also been modeled in previous numerical simulations. Neither the stress nor the deformation rate of the upper-plate margin is selected in the three optimal models, which suggests that back-arc spreading in natural subduction zones does not globally characterize plate behavior at the 660-km discontinuity, although back-arc spreading and a stagnant slab coincide in some numerical simulations. The combination of subduction-zone data analysis and numerical simulations will therefore provide deep insights into the dynamics of Earth’s deep interior.
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地域におけるDX推進プログラム
山村明弘，上田晴彦，相澤正隆，板野敬太，白井光，新屋良磨，中尾篤史， 橋爪惠，横山洋之，Lu Min
高等教育グローバルセンター紀要 ( 秋田大学高等教育グローバルセンター ) ( 5 ) 2024年03月
総説・解説（大学・研究所紀要） 国内共著
数理・データサイエンス・AI教育プログラムとして教養基礎教育科目群に構成された「地域におけるDX推進プログラム」の取り組みについて社会的背景とその狙い，そして，これまでの活動状況と学生の評価について解説する。
◆原著論文【 表示 ／ 非表示 】
◆総説・解説【 表示 ／ 非表示 】
学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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Young Researcher Award for Exploration Technology
2023年08月18日 Mining and Materials Proceeding Institute of Japan Data assimilation for reconstructing mantle thermal convection with geochemical tracers
受賞者： Atsushi Nakao -
日本地球惑星科学連合2016年大会固体地球惑星科学セクション学生優秀発表賞
2016年05月 公益社団法人日本地球惑星科学連合 マントル組成不均質の成因に関する新仮説：660km不連続面におけるスラブの脱水
受賞者： 中尾篤史 -
2014年度日本地震学会学生優秀発表賞
2015年02月 公益社団法人日本地震学会 スラブの脱水とプレート沈み込みのダイナミクス
受賞者： 中尾篤史 -
地球学類長賞
2012年03月 筑波大学生命環境学群地球学類 成績最優秀
受賞者： 中尾篤史
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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地球化学トレーサの分別・輸送シミュレーションから明らかにする地球マントルの進化
若手研究
研究期間: 2022年04月 - 2025年03月 代表者: 中尾篤史
マントル対流は，プレート運動，地震・火山活動など，諸現象の原動力である．しかし，マントル対流が過去から現在までどのように駆動してきて，将来どのように終焉するのかは未解明である．マントルの歴史（岩石の脱水・溶融・輸送・混合などの諸過程）を知るためには「地球化学的トレーサ」（岩石中の放射性微量元素）が有用である．本研究では，最新の実験・データ解析に基づき，「地球化学的トレーサ」をマントル対流の数値シミュレーションに導入することで，地球マントルの対流構造の変遷を明らかにする．
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マントル内部の水輸送シミュレーション：地球規模の化学的不均質構造の解明にむけて
特別研究員奨励費
研究期間: 2014年04月 - 2017年03月 代表者: 中尾篤史
共同研究実施実績 【 表示 ／ 非表示 】
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データサイエンスを活用した地球物理・化学データ解析とモデリングの精緻化
提供機関: 東京大学地震研究所 その他 国内共同研究
研究期間： 2024年04月 - 2027年03月 代表者: 板野敬太
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データ駆動固体地球科学に基づいた地球内部諸現象の理解に関する共同研究
提供機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構 その他 国内共同研究
研究期間： 2024年04月 - 2026年03月 代表者: 小野重明・山村明弘
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深層学習とデータ同化の協働による固体地球科学の深化
提供機関: 東京大学地震研究所 その他 国内共同研究
研究期間： 2022年04月 - 2025年03月 代表者: 宮武勇登
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機械学習で推し進めるデータ駆動型地球科学の新展開
提供機関: 東京大学地震研究所 その他 国内共同研究
研究期間： 2021年04月 - 2024年03月 代表者: 上木賢太
学会等発表 【 表示 ／ 非表示 】
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粒子撮像データを用いた熱対流の復元
中尾篤史, 能登大輔, 柳澤孝寿, 田坂裕司, 桑谷立
日本流体力学会年会2024 (仙台市) 2024年09月 - 2024年09月
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熱対流復元のための粒子-セル系データ同化
中尾篤史, 桑谷立, 伊藤伸一, 長尾大道
日本地球惑星科学連合2024年大会 (千葉市) 2024年05月 - 2024年05月
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Data assimilation for reconstructing mantle thermal convection with geochemical tracers
Nakao, A., Kuwatani, T., Ito, S., & Nagao, H.
Water-Rock Interaction WRI-17/ Applied Isotope Geochemistry AIG-14 (Sendai) 2023年08月 - 2023年08月
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アジョイント法を用いたマントルの熱対流の復元
中尾篤史, 桑谷立, 伊藤伸一, 長尾大道 [招待有り]
日本地球惑星科学連合2023年大会 (千葉市) 2023年05月 - 2023年05月
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Relationship between maximum earthquake magnitudes and subduction-zone parameters revealed by multiple regression analysis and exhaustive variable selection
Nakao, A., Kuwatani, T., Ueki, K., Yoshida, K., Yutani, T., Hino, H., & Akaho, S. [招待有り]
Asia Oceania Geoscience Society 19th Annual Meeting (Online) 2022年08月 - 2022年08月
学外の社会活動（高大・地域連携等） 【 表示 ／ 非表示 】
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DX入門講座
秋田大学リカレント教育センター
2024年11月-2024年12月 -
数理とデータで見る固体地球のダイナミクス
大学コンソーシアムあきた （秋田大学手形キャンパス）
2024年10月 -
高校生のための地球環境学
大学コンソーシアムあきた （秋田大学手形キャンパス）
2024年07月 -
秋田地域での成長分野にかかる人材育成推進事業
秋田大学地方創生センター
2023年11月-2024年02月