海洋微細構造が生み出す気候形成・変動メカニズムの解明
Understanding Roles of Oceanic Fine Structures in Climate and its Variability
大淵 済 (海洋研究開発機構 地球シミュレータセンター)
Wataru Ohfuchi
近年の人工衛星観測の発展および我々が行ってきた高解像度シミュレーション研究の成果から，黒潮等の西岸境界流に伴う海面水温前線や高緯度海域における海氷分布などの海洋局所構造の変動が，全球規模大気循環の形成・変動に果たす役割が認識されはじめている．また，海洋の中規模渦よりもさらに細かい数km程度の構造が，より大規模な海洋循環の形成や生態系の変動に与える影響も注目を集めている．そこで本プロジェクトでは，全球大気・海洋・結合大循環モデルおよび領域非静力学大気・海洋モデルを用いた高解像度データセットの構築と数値実験を通じて，海洋微細構造による全球的な気候の形成とその短期的変動のメカニズムおよび影響を解明する．
これまで実行してきた解像度0.1度(10 km相当)のOFESを実際の大気データで駆動した準全球海洋渦解像シミュレーションの継続，衛星観測を取り込んだ高解像度海面水温データを境界条件とするAFESでの高解像度全球大気シミュレーションを実施する．さらに気候の形成や短期的な変動に重要な大気海洋結合過程を陽に含むデータセットを，CFESを用いた全球大気海洋結合シミュレーションにより構築する．これらのデータセットを相補的に解析し，海洋の中規模渦・西岸境界流に伴う微細構造の変動が大規模な大気海洋循環に及ぼす影響を同定し，それらの影響が気候の形成や短期的な変動に寄与する実態を把握する．
北太平洋域を対象とした解像度1/30度(3km相当)のOFESを用いて，数km規模の『サブメソスケール』現象や海峡・島嶼を解像可能なシミュレーションを実施し，これらの現象・地形に伴う局所的な循環が，生態系を含む大規模場に与える影響を明らかにする．また，アンサンブル渦解像シミュレーションおよび予測実験を実施することにより，大規模な大気強制に起因する変動と渦活動に伴う海洋の自励的な変動とを切り分け，海洋モデルを用いて海流・生物資源変動の過去再現実験および予測を行う際の不確定性を同定する．一方，これまでの海洋大循環シミュレーションでは考慮されてこなかった海峡部で生じる潮汐混合の素過程を理解するため，NHOES を用いた100m-1km格子の非静力海洋シミュレーションを実施する．インドネシア通過流などの大循環とのスケール間相互作用を考慮する為に外部境界条件としてOFESの出力結果を利用，潮汐混合パラメタリゼーションをCFESに組み込み気候形成に与える影響を調べる等，モデルを連携して使う.
AFESの境界条件となる海面水温や海氷分布に偏差を与え，その応答を詳しく解析することにより，大気循環の形成維持および変動の鍵となる海域や季節を同定し，そのメカニズムや影響範囲を明らかにすることで，短期気候変動の予測可能性を調査する．またCFESで得られた海洋・海氷変動をAFESに与える実験も行い，CFESで再現された海洋フロント変動に対する大気応答や北半球海氷変動シーソーパターンのメカニズムを調査する．
台風，海洋上の対流雲，集中豪雨を引き起こす前線などのメソスケール現象について，非静力気象モデルCReSSと非静力海洋モデルNHOESを3次元的に結合したモデルを用い，海洋も含む広い計算領域を設定し大気の海洋との相互作用を考慮したシミュレーションを行うことにより，メカニズムを解明することを目指す．台風については発達・衰弱・移動経路への海洋の微細構造の影響を明らかにし，予測可能性に関する基礎的知見を得る．
衛星観測を取り込んだ高解像度海面水温データを境界条件とするAFESでの高解像度(水平解像度50km)全球大気シミュレーションを1981年9月から10年間分実施した．
中解像度版CFESの標準実験を17年延長積分し，海洋前線と大気の総観規模擾乱を解像する合計177年の全球大気海洋結合シミュレーションデータセットを構築した．また，大気海洋結合の効果が気候に及ぼす影響を調査するために，CFESで得られた海面水温変動を境界条件として大気大循環モデルを駆動する実験を20年実施した．
OFESのNCEP再解析を用いた準全球海洋渦解像シミュレーションの過去再現実験は2010年末まで延長した．
ハワイ風下反流の海面水温極大による大気海洋相互作用を詳細に調べるため，中解像度版CFESを用いたハワイ風下反流に伴う海面水温極大を平滑化した感度実験を，海面水温極大が顕著な夏季の2ケースを実施した．
北太平洋域を対象とした解像度1/10度のOFESを用いて，渦活動に伴う海洋の自励的な変動が海流予測に及ぼす影響を調べるため，初期値を変えたアンサンブル予測実験を1986年から4年間にわたり4ケース実施した．
NHOESに乱流混合モデルと波浪モデルを新たに実装し，大気海洋間フラックスの波浪依存性，海洋混合層の鉛直混合の変化，海面水温への影響を調べた．
高解像度AFESを用いて，北太平洋，北大西洋それぞれの海面水温前線平滑化実験をそれぞれ10年分，5年分実施した．また，改良した積雲対流パラメタリゼーションの中解像度版CFES(大気100km，海洋0.5度)でのテストを実施した．
本年度は，台風 Talas(T1112), Roke(T1115), Fanapi(T1011) の進行速度が遅く，経路に特色を持つ事例について結合実験を行い，大気海洋結合作用の有無による台風強度の変化を比較した．特に，2011年に日本上陸しに災害をもたらした台風2例を，台風強度に達した初期の時期からシミュレーションした．Talas(T1112)について11日間, Roke(T1115)について8日間の積分を行い解析を進めた．
再解析データと中解像度大気海洋結合モデルCFESの長期積分結果を用いて，北太平洋亜寒帯前線の十年規模変動が大気循環場に及ぼす影響を調べた．海洋前線の南北移動によって生じた海面水温偏差は，大気下層の傾圧性を通じてストームトラック活動度を変調させ，さらにPNAテレコネクションパターンに似た海盆規模の大気循環場を変動させうることがわかった．
中解像度大気海洋結合モデルCFESを用い，ハワイ風下反流に伴う海面水温極大を平滑化した感度実験を実施，標準実験と比較してハワイ風下反流の海面水温極大によって生じる大気海洋相互作用を調べた．ハワイ風下反流の海面水温極大に大気が応答して海上風が収束し雲が発生するが，その大気応答がさらに海洋に影響を及ぼし，ハワイ風下反流を加速し，さらに南西に延びる流軸の南下させる力学的フィードバックを示した．
高解像度AFESでの全球シミュレーション長期データセットを構築し，海面水温前線に対する各種感度実験の基盤データを整備した．
これまで実行してきた解像度0.1度(10km相当)のOFESを実際の大気データで駆動した準全球海洋渦解像シミュレーションを継続してデータセットを整備した．
アンサンブル予測実験を計画通り実施し，複数積分の平均を取ることで自励変動の影響を軽減出来ることが示唆されたが，予測可能性を統計的に示すためには更に異なる時期での実験を重ねる必要がある．この成果に加え，これまでに行った単数積分での予測実験結果の解析を進め，黒潮続流の流速変動に3年程度の予測可能性があることが示された．
北太平洋1/30度OFESの海面高度の波数空間スペクトルを調べた．その波数に対する勾配は，どの海域でもメソスケールからサブメソスケールの間で波数の-4乗(k-4)より傾きが大きく，メソスケールからサブメソスケールの現象がどの海域でも大規模場に影響を及ぼしていることを示唆した．
NHOESシミュレーションに関しては，インドネシア海域の非静力重力波列に関する論文２本が出版された．
海面水温前線平滑化感度実験を実施した．結果は来年度以降解析する予定である．CFESとAFESで異なる梅雨前線再現性を解析し，対流圏中層ジェット気流の季節進行に伴って梅雨明け時期が変動し，梅雨前線が海面からの蒸発量が少ない海面水温前線の冷水側まで北上すると降水帯が衰退することを明らかにした．また，CFESで得られた海面水温を与えたAFES実験から海面水温がジェット気流変動の違いをもたらしていることが確認された．改良した積雲対流パラメタリゼーションはCFESでも熱帯の降水分布を改善する方向に機能することが確認された．
中解像度大気海洋結合モデルCFESの長期積分結果を用いて，日本を含む環オホーツク海地域の大気-海洋-海氷相互作用を調べた．11月のユーラシア極東域の冷却が強い年は12月のオホーツク海の海氷面積も大きく，２月のアリューシャン低気圧が強まりオホーツク海・北海道で寒冷，アラスカで温暖になる傾向など，モデルは現実的なオホーツク海海氷面積の経年変動と大気場との関係を示した．さらに冬のオホーツク海海氷変動は，夏から晩秋にかけて持続する北極海東シベリア沿岸の海氷変動と強く関係することがわかった．
太平洋を北上し奇妙な経路をたどり，停滞するなど，進行速度が遅い台風 Rokeについて，水平解像度4㎞で8日間の結合，非結合実験を行った．NHOESによる三次元海洋結合，海洋上層だけを扱った一次元スラブモデル結合による海洋結合と，SST固定による3種類の実験で経路に関してはほぼ再現された．これらの実験で得られた台風強度を比較したところ，三次元モデルでは一次元モデルよりも台風中心気圧の低下の抑制が10hPa以上大きくなった．沖縄・奄美近海での停滞の期間中，海洋深層からの水温の低い水の湧昇が起き，海洋上層の温度低下が著しいことが表現された．
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．
割り当てられた26,000ノード時間積のうち，2012/1/6時点で約18,000ノード時間積を使用しており計画通り資源を利用できている．
AFES T239L48 標準実験x 10年 = 1,200ノード時間
CFES T119L48 0.5度54層 延べ40年 = 2,600ノード時間
OFES準全球海洋渦解像シミュレーションの継続
水平解像度0.1度(10km)鉛直54層ｘ1年：200ノード時間
OFES北太平洋海洋渦解像アンサンブル予測実験
水平解像度0.1度(10km)鉛直54層ｘ（4年）ｘ4ケース：1,443ノード時間
NHOES超高解像度シミュレーション: 1500ノード時間
AFES T239L48 北太平洋海面水温平滑化実験 x 10年 = 1,200ノード時間
AFES T239L48 北太平洋海面水温平滑化実験 x 5年 = 600ノード時間
CFES T119L48 0.5度54層 改良対流スキームテスト = 2,800ノード時間
NOES-CReSS:2155ノード時間積
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．
該当なし。
該当なし。
該当なし。