■発表要旨
１．プロジェクトの目的
1.海洋深層の乱流拡散過程、2.自由大気の乱流過程、3.大気境界層の乱流拡散過程といった、 次世代気候モデルの構築に必要不可欠な海洋中および大気中のサブグリッドスケー ルの物理現象を地球シミュレータを用いて詳細な数値シミュレーションを実施することで、個々の現象を支配している物理機構を明らかにする。さらに、この物理機構に基いて、気候変動モデルの予測精度向上に大きく貢献できる高精度で信頼できるパラメタリゼーションを開発する。
２．今年度当初の計画
- 深層海洋乱流グループ
海洋深層の乱流拡散過程の主要なエネルギー供給源である内部潮汐波および大気擾乱起源の近慣性内部波のグローバルな空間分布を数値シミュレーションを通じて明らかにする。 - 自由大気乱流グループ
高解像度乱流モデルを用いた数値実験を行い，そのエネルギー輸送を調べる．また，その回転と成層についての依存性を調べる。その結果に基づいて既存のLESの定式化の検証を行い、その問題点を明らかするとともにSmagorinskyパラメタリゼーションの改善を提案する。 - 大気境界層乱流拡散グループ
地球シミュレータを用いた高分解能のLESによる大気境界層の乱流（観測）データベースを作成する。作成した乱流データベースの解析することにより、格子間隔10km相当程度の大気大循環モデル等に適用できる高精度1次元乱流境界層モデルを開発する。
３．今年度得られた成果、および達成度
＜成果＞
- 深層海洋乱流グループ
現実的な海底地形および潮汐フォーシングを組み入れた３次元数値シミュレーションおよび高分解能の風応力データを組み入れた混合層スラブモデルを用いて、内部潮汐波および大気擾乱起源近慣性内部波のエネルギーのグローバルな空間分布の予測に成功した。さらに、数値シミュレーションの結果と投棄型流速計(XCP)観測の結果を結合することにより、海洋深層のグローバルな乱流拡散係数の分布図を作成した。 - 自由大気乱流グループ
いくつかの典型的なパラメターについて高解像度実験を行い，観測から得られるエネルギー分布をある程度再現した．また，エネルギー輸送の特徴についての解析を行った(AGU WPGM 2004にて報告)。Smagorinsky modelに基づいてその診断量についての妥当性を検討した．このモデルに基づくパラメタリゼーションには、波数空間内でのエネルギー輸送の局所性や実空間での細かい位相関係に改善の余地があることを示した(2004年日本気象学会秋季大会にて報告) - 大気境界層乱流拡散グループ
LESによる大気境界層のシミュレーション結果を用いて改良された1次元乱流境界層モデルは、サブルーチンとして第１課題「高分解能大気海洋モデルを用いた地球温暖化予測に関する研究」「大気海洋結合モデルの高解像度化」第４課題 高分解能領域気候モデル(IPCC報告用モデル) の各グループに提供した。
＜達成度＞
- 深層海洋乱流グループ
内部潮汐波の大気擾乱起源近慣性内部波のグローバルな空間分布の数値シミュレーションに関しては、海洋観測（長期係留系データ、人工衛星海面高度計データ）との比較による結果の検証が課題として残されている。また、今後は乱流拡散域にまでのエネルギーカスケードダウン過程の数値実験を行うことにより、乱流拡散過程に供給されるエネルギー量を定量的に評価することで、励起された内部波エネルギーから乱流拡散率をパラメタライズすることができる定量的関係式を導出することを計画している。 - 自由大気乱流グループ
数パラメターについては当初の計画を遂行したが、パラメター依存性を見るにはまだ不十分。乱流輸送についてのより広範なデータベースを構築することは、パラメタリゼーションの具体的な改善策を模索するには必要で、今後の課題といえる。 - 大気境界層乱流拡散グループ
現在は小規模なLES計算を行なって境界層内に生じる鉛直渦(塵旋風)の生成過程を調べているが、今後シミュレータの能力を生かした大規模で詳細な計算を行なうことにより、新しい境界層乱流の構造の発見が期待される。