平成15年度地球シミュレータ共同プロジェクト利用報告会

利用責任者名 ： 青木 孝 （気象庁 気象研究所）

共同プロジェクトテーマ ： 高精度・高分解能気候モデルの開発

PDF 発表資料 (995KB)

発表要旨

１．プロジェクトの目的

１）高精度・高分解能気候モデルの開発を目指し、台風等を世界規模で再現できる 20kmメッシュ全球気候モデル及び集中豪雨等を広域で再現する数kmメッシュ雲解像大気モデルを開発 する。

２）これらの高精度・高分解能気候モデルを用いて、地球温暖化を 予測する数値実験 で得られた海面水温を境界条件とするタイムスライス実験を行うことにより、地球温暖化が台風や集中豪雨等に与える影響を調べる。

２．今年度当初の計画

１） 20kmメッシュ全球気候モデル 開発に関する研究

20kmメッシュ全球気候モデルの開発を継続し、プロトタイプモデルの作成を目指し必要な開発を進める。計算スキームの改良による高速化、物理過程の改善、及び、観測された海面水温を用いた長期間の積分を実行し、その結果を実測データによって検証することにより、気候を精度良く再現するモデルを開発する。

２）数 kmメッシュ 雲解像大気モデルの開発に関する研究

数 kmメッシュ 雲解像大気モデル の開発を継続し、プロトタイプモデルの作成を目指し必要な開発を進める。計算スキームの高速化とともに、物理過程の改良、モデルの検証を実施する。

３．今年度得られた成果、および達成度

＜成果＞

１） 20kmメッシュ全球気候モデル開発に関する研究

物理過程については、積雲対流スキームを改良することにより熱帯域の弱い降水域の面積が過大になるのを改善するとともに、熱帯対流圏の下層冷却バイアスを減少させた。またセミラグランジュ法を導入してタイムステップを長くすると降水量が減少する傾向がみられたが、雲氷落下過程の解析解スキームへの変更と、雲水生成過程及び降水変換過程の精緻化により解決できた。さらに エーロゾルの直接効果を含む放射過程や 、陸面過程 (土壌4層・積雪3層の植物圏モデル)について気候モデルとしての改良を加えた。高速力学フレームの開発を行い、昨年度末に比べ約５倍の高速化を実現させた。さらに今年度内に時間積分法の改善により２倍の高速化ができる見込みである。 20kmメッシュ全球気候モデル として､初めての多年にわたる長期間の積分を行い、温暖化の影響を評価するモデルとしての性能を確認できた。

２） 数 kmメッシュ 雲解像大気モデル の開発に関する研究

浮力計算方法を変更するなど力学フレームを改良し、気圧場の予測精度を向上させた。物理過程の改善に関しては、地表面フラックス計算手法の改良やノンローカル性を表現する境界層スキームの導入を行い大気下層の表現を改良したほか、乱流エネルギー計算手法の変更などを行った。２次元分割による並列化を可能にし、多ノード大規模計算時の並列化効率を向上させた。また、ループ入れ替えによるベクトル化率の向上など、地球シミュレータ向けにモデルを最適化させた。２ヶ月程度の長時間の積分を安定して行うために新たなネスティング手法（ＳＢＣ（スペクトル境界）法）を開発した。これらの改良を取り入れた 5km メッシュ雲解像大気モデルによって 2003 年 5 月末から 7 月にかけて 70 日間の長時間の積分を行った。その計算結果の検証により梅雨前線などの動静を再現できていることが確認できた。

＜達成度＞

１） 20kmメッシュ全球気候モデル開発に関する研究

ＩＰＣＣの第四次評価報告書に寄与するために､当初の計画よりも早く 20kmメッシュ全球気候モデルのプロトタイプモデルを構築した。そのほかはほぼ計画どおりに進んでいる。今後は20kmメッシュ全球気候モデルによるタイムスライス実験を行う。

２）数 kmメッシュ 雲解像大気モデルの開発に関する研究

ほぼ計画どおりに進んでおり、 数 km メッシュ 雲解像大気モデルについても プロトタイプモデルを当初の計画よりも早く構築した。今後は、 20kmメッシュ全球気候モデルによるタイムスライス実験の結果をもとに、梅雨の降雨特性の変化を調べるため、 ５ km メッシュ 雲解像大気モデルによる梅雨期間の約２ヵ月の長時間 積分を行う。

上記の実験結果をもとに、地球温暖化が台風や集中豪雨等に与える影響を調べる。