■発表要旨
１．プロジェクトの目的
四次元同化手法の中でも比類なき計算機資源である地球シミュレータを活用せずには不可能な変分法最適化理論を用いた最先端の全球四次元大気海洋陸域結合データ同化システムを、地球環境フロンティア研究センターを拠点に、国内外の関係機関の総力戦を展開して開発・高度化し、精度の良い初期値化・再解析データセットを構築する。
２．今年度当初の計画
フル結合モデルの改良と一体化した四次元変分法同化システムの一層の改良を行い、気候値再現実験により再解析データセットを試作するとともに、感度実験や季節予測精度の改善に対するインパクト実験を行って品質を評価する。
３．今年度得られた成果、および達成度
＜成果＞
フル結合四次元変分法データ同化システムの構築・運用に必要な統合観測情報データセットの入手・整備及び大気・海洋アジョイントモジュール等の要素技術の研究開発に成功した。これにより、例えば水循環変動の現況解析と予測に資する初期値・再解析データの作成やパラメータの最適化、及び新たな価値創生の実現につながる新規性の高いデータセットの構築が可能な最先端の四次元データ同化システムのプラットフォームを成功裏に構築し、高精度気候値再現実験を開始した。具体的には、同化システムに用いる結合モデルに関しては、四次元変分法データ同化に耐えうるよう各要素モデルの物理性能を向上させ、かつ高速化を行った。これにより、2001年IPCC報告においても重要な研究開発対象として指摘されている熱帯収束帯の南北対称性や、陸面モデルの不十分性に由来する季節場の再現の不十分性、ならびに対流圏・成層圏結合過程の再現性に起因する問題点等のモデル・バイアスを大幅に軽減させることにより、モンスーンやエルニーニョ等の季節内・季節・経年変動現象の現状における再現精度を大きく向上させる等、世界レベルの地球気候モデルの開発・改良に成功した。
同化モデルに関しては、海洋アジョイントモデルのシステム性能を一層向上させて1990年代を対象とした海洋再解析実験を前倒し的に実施し、20世紀最大の97/98のエルニーニョ現象の海面水温変動の時系列解析値を0.8℃の偏差で再現するなど、海況変動の現実的な再現に成功した。大気アジョイントモデルについては気候値実験に適用することにより、同化解析値のエラーがシミュレーションのエラーの1/3に減少する等、十分な物理性能を有することを確認した。以上により、各モジュールを実装したフル結合四次元変分法データ同化システムのプラットフォームを完成させ、本年４月より結合初期値化実験を開始した結果、開始後３ヶ月未満という限られた期間ではあるが、フル結合四次元変分法でのみ可能な、(1)結合データ同化により、その後の大気運動の予測に対する重要な因子である海面水温の連続的な初期値化を実現、(2)大気海洋相互作用現象の再現・予測精度を向上につながるバルク結合係数の推定、(3)従来のアプローチでは不可能であった降雨水蒸気の起源とルートを特定できる感度解析データの作成等に関して目処がつきつつある。
＜達成度＞
- 結合データ同化システム関係：９０％（残は評価実験）
- ＭＰＩ・高速化： 100％
- 気候値再解析実験：70％（残はES上での大容量長期積分の実行待ち）
- 総じて当初の計画案通り順調に推移している。