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画像生成AIの技術を利用して洪水を予測する新しい手法を開発(The Techniques AI Uses to Create Images Can Help Predict Floods, Researchers Say)

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2026-10-06 ペンシルベニア州立大学(Penn State)

ペンシルベニア州立大学などの研究チームは、画像生成AIで用いられる「拡散(diffusion)」の学習手法を応用し、フラッシュ洪水の発生を1時間単位で予測するモデルを開発した。米国516流域の1990~2003年の降雨量・河川流量データで学習し、2009~2014年の未知データで検証したところ、既存の時間単位の深層学習モデルを概ね上回り、特に洪水ピーク時の流量を精度よく捉えた。さらに、水位計から得られる最新観測値を再学習なしでモデルに取り込む「インペインティング」により、予測をリアルタイムに更新できる。河川流量から原因となった降雨量を逆推定することも可能で、急激に増水する洪水の早期警戒や人命保護への応用が期待される。

<関連情報>

時間ごとの河川流量予測とデータ同化のための拡散ベースの確率モデル Diffusion-Based Probabilistic Modeling for Hourly Streamflow Prediction and Assimilation

Wencong Yang, Haoyu Ji, Leo Lonzarich, Yalan Song, Ming Pan, Kathryn Lawson, Chaopeng Shen

The Water Resources Research  Published: 21 July 2026

DOI:https://doi.org/10.1029/2025WR042720

画像生成AIの技術を利用して洪水を予測する新しい手法を開発(The Techniques AI Uses to Create Images Can Help Predict Floods, Researchers Say)

Abstract

Hourly predictions are critical for issuing flood warnings as the hourly flood peaks can be distinctly higher than the corresponding daily ones. Currently a popular hourly data-driven prediction scheme is multi-time-scale long short-term memory (MTS-LSTM), yet such models face challenges in probabilistic forecasts or integrating observations when available. Diffusion artificial intelligence (AI) models represent a promising method to predict high-resolution information, for example, hourly streamflow. Here we develop a denoising diffusion probabilistic model (h-Diffusion) for hourly streamflow prediction that conditions on either observed or simulated daily discharge from hydrologic models to generate hourly hydrographs. The model is benchmarked on the CAMELS hourly data set against record-holding MTS-LSTM and multi-frequency LSTM (MF-LSTM) baselines. Results show that h-Diffusion outperforms baselines in terms of general performance as well as extreme metrics. Furthermore, the h-Diffusion model can utilize the inpainting technique and recent observations to accomplish data assimilation that largely improves flood forecasting performance, or even inversely estimate rainfall. These advances can greatly reduce flood forecasting uncertainty and provide a unified probabilistic framework for downscaling, prediction, and data assimilation at the hourly scale, revealing risks that daily models cannot express.

0904河川砂防及び海岸海洋
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