平成20年度 地球シミュレータ利用報告会
1. プロジェクト名
先端的固体地球シミュレーションコードの開発
Development of Advanced Simulation Tools for Solid Earth Sciences
2. プロジェクト責任者名
陰山 聡
Akira Kageyama
3. プロジェクトの目的
固体地球科学の重要な未解決問題を大規模並列計算機で解くために必要となる先端的なシミュレーション手法とコードを開発すること、そしてそれを実際に応用したシミュレーション研究を行うこと。
4. 今年度当初の計画
- (1) 地球ダイナモシミュレーション：高解像度のダイナモシミュレーションランを行ない、低エクマン数領域における新しいダイナモ機構を明らかにする。
- (2) プレート・マントル統合シミュレーション： 粘性率などの物性値が空間的に急激に変化する粘弾性流体でもオイラー的に解く新しい高精度計算手法を改良する。
- (3) 地震サイクルシミュレーション：有限要素法に基づき不均質な媒質分布の影響を取り扱うことが可能な新しい地震サイクルシミュレーションコードを完成させる。
- (4) 球殻マントル対流シミュレーション： ACuTE法とインヤン格子を組み合わせた球殻領域内でのマントルの熱対流シミュレーションコードを改良し、マントル物質の固体・固体相転移の効果などを取り入れた対流シミュレーションを実施する。
5. 今年度得られた成果、および達成度
成果
- (1) 地球ダイナモシミュレーション：低エクマン数領域における対流構造とダイナモ機構を明らかにすることに成功した。対流は薄いシート状のプルーム構造をもち、磁場は上昇するシート流に引き延ばされるときに生成される。これらの結果はNature誌に掲載された。
- (2) プレート・マントル統合シミュレーション：これまでに開発した手法を生かした大変形問題に対する新しいベンチマークテストを行った。またプレートテクトニクスの再現に必要な脆性破壊や、マントルの熱対流の結果として現れるプレート表層の変形などを、力学モデルとして取り扱うための手法の拡張に取り組んだ。
- (3) 地震サイクルシミュレーション：有限要素法に基づく地震サイクル計算コードを改良・完成させた。境界積分方程式法とのカップリングにより断層近傍で極端に細かなメッシュを使用することなく精度の良い2次元粘弾性不均質場での地震サイクル計算が可能となった。
- (4) 球殻マントル対流シミュレーション：前年度までに開発したACuTE法とインヤン格子を組み合わせた球殻領域内でのマントルの熱対流シミュレーションコードでは、流体モデルの改良を施し、マントル物質の固体・固体相転移の効果などを取り入れたシミュレーションを実施した。
達成度
- (1) 地球ダイナモシミュレーション：90%
- (2) プレート・マントル統合シミュレーション：90%
- (3) 地震サイクルシミュレーション：90%
- (4) 球殻マントル対流シミュレーション：90%