地球環境変化に伴う生態系変動の診断と予測に関する研究
Study on the diagnostics and projection of ecosystem change associated with global change
岸 道郎 (海洋研究開発機構 地球環境変動領域 物質循環研究プログラム 海洋生態系プロセス研究チーム)
Michio Kishi
空間解像度や複雑さの異なる複数の海洋生態系モデル, 海洋大循環モデルを用いて, 現在の気候条件における生態系変動再現実験, 及び, 温暖化気候における将来予測実験を行う. これら実験を通して, 中規模海洋現象の生態系への影響, 季節～年々変動に対する生態系変動の変動特性の定量化, 現在気候から温暖化気候における生態系の将来予測, 海域による海洋生態系の違いや卓越種の再現を目指した生態系モデル開発, を実施する. 観測データによる結果の検証, モデル間相互比較を通じて, 将来予測の高精度化を目指すとともに, 沿岸域から外洋まで含んだ水産資源の将来予測へのデータ提供を目指す.
今年度は, OFES(OGCM for the Earth Simulator)による高解像度の優位性を生かし, 物理変動が生態系・物質循環に及ぼす影響に着目した研究を進め, また, 海洋生態系モデル相互比較プロジェクト(MAREMIP: MARine Ecosystem Model Intercomparison Project) に参画・連携し, 海洋生態系変動実験を実施する.
引き続き, OFESモデル（1/10度）による化学トレーサーや生態系の変動過程を, メソスケール（数百km）からサブメソスケール（数十km）の海洋現象に対する生態系の応答を中心に調べるとともに, 海氷過程を含む全球OFESモデル（1/2～1/4度）をベースに, 化学トレーサーに加え, 生態系, 栄養塩循環を含む物質循環モデルの開発を進める. 特に北太平洋における観測データを用いて, これまでのモデルの改良, 生態系・物質循環に関するパラメータ依存性を調べる.
COCO-NEMURO (North Pacific Ecosystem Model for Understanding Regional Oceanography)モデルをベースとして, 海域による海洋生態系の違いや卓越種の再現などを目指し, パラメータ変更やモデル構成の変更を行いながら数値実験を実施し, 海洋生態系モデルの改善を図るとともに, 生態系変動のプロセスを研究する. 昨年度に引き続き, MAREMIPに参画・連携し, Phase 1として昨年度とは異なる条件下で生態系変動実験を実施する. さらに革新プログラムとの協力によりオフライン版MEM (Marine Ecosystem Model coupled with Optimal Uptake kinetics)を用いて現在～温暖化気候における生態系変動を予測するためのモデル開発・改良を実施する.
OFES-NPZD モデルによる数値実験結果の解析を進めるとともに, 化学トレーサーの実験, 解析を進めた.
MAREMIP Phase1として1985年以降の海洋生態系過去再現を実施し解析を進め, プロジェクトに貢献した. また, オフライン版MEMモデルをベースに生態系モデルの改良を実施した.
全球高解像度海洋モデルOFES（1/10度）を用いた生態系実験の結果から, 中規模渦に沿う座標における栄養塩, クロロフィル等の変動解析を行い, 低気圧性渦が生態系変動に及ぼすインパクト及びその季節による違いを明らかとした. また, 解像度依存性やパラメータスタディなど様々なトレーサー実験を実行するために, 高解像度の流れ場(OFES 1/10度)を空間平均した流れ場を用いた実験をするためのオフラインモデルの開発に着手した.
海洋生態系プロセスモデルの開発として, 近年注目されている生物・地球化学過程（植物プランクトンの光合成の鉄制限, 光合成における栄養塩の最適取り込み過程, 沈降粒子のサイズ別の表現など）を新たに導入したモデルMEMを開発した. これを基に３次元モデルCOCO-MEMを開発し, MAREMIPのPhase1の実験として, 1985年から2009年の海洋生態系過去再現実験を実施した. COCO-MEMでは, 鉄循環の導入により南大洋や西部北太平洋での植物プランクトン濃度の再現性が大幅に改善された. 観測との比較では, 新たに衛星から見積もられた植物プランクトンタイプの経年的な変動とモデル結果の比較に着手した.
年度当初の研究計画を全て達成した場合を100%として数値で示してください．複数の目標があった場合は，それぞれについて達成度を数値で示してください．
※計画的に計算機資源を利用できているか, 状況を記載してください.
当初予定通り, ほぼ割り当てられた資源を利用した.
※ベクトル化, 並列化チューニング等, 計算機資源を有効利用するために行ったこととその効果を記載してください.
3次元オンライン版のMEMモデルにおいて, ESサポートにお願いして, 光の鉛直伝達や光合成に関するルーチンのベクトル化, チューニングを実施して頂いた結果, 最大60%近く実行速度が向上した.