気候変動に適応可能な環境探索のためのマルチスケールシミュレーション
Simulations of Adaptation-Oriented Strategy for Climate Variability
高橋 桂子 (海洋研究開発機構 地球シミュレータセンター)
Keiko Takahashi
地球温暖化に伴ってエルニーニョやインド洋ダイポールなどの気候変動現象が変化し、さらにそれらに影響を受けて、台風や豪雨、都市環境などのメソスケールあるいは局所的な気象や気候変動がどのような影響を受けるのかについての予測は、社会的な関心が非常に高い。加えて、これらの気候変動に対する適応策の検討には、近い将来の身近な環境変化についての定量的な予測が必要不可欠である。このための予測シミュレーションは、気候変動現象から都市スケールの環境変化までの複数の異なる時空間スケール間を対象とするシミュレーションが必要であり、学術的にも意義が大きく、また、積極的な研究開発が世界的に展開されようとしている。
本プロジェクトは、この社会的要請および学術的意義から、地球シミュレータ上で計算性能最適化を施した全球/領域に対応可能な非静力学大気海洋結合モデルMSSGを使用して、全球規模の気候変動とそれらの変化が、日本近海域や港湾、および都市域の環境にどのような影響を与えるかを、マルチスケールシミュレーションを実施して検証、予測および評価することを目的とする。さらに、気候変動による環境変化に適応するための施策について具体的な事例を想定し、その施策がより広域の環境にどのように影響を与えるかについてのアップスケーリングシミュレーションについても挑戦する。本プロジェクトは、マルチスケールシミュレーションにより予測の科学技術の新たな可能性を切り拓くものである。
本年度の研究計画は、以下のとおりである。
(1) プロダクトシミュレーションを想定し、雲解像度MSSGによる季節から都市スケールのシームレス予測シミュレーションのためのテストシミュレーションを実施し、その物理的性能と計算性能評価を行う。
(2) 雲解像度MSSGによる季節から都市スケールのシリーズ計算を実施し、解像度違いによる物理的性能へのインパクト、観測値との比較検証、他モデルとの比較検証を行う。
(3) 高解像度領域に対する適応策を選定し、施策の条件変化によるインパクト解析のためのシリーズシミュレーションを実施する。
(4) シームレス予測シミュレーションによるプロダクトランに向けた計算性能最適化と、アルゴリズムの高速化の検討を行う。
運用が平年通りであったこと、 本年度当初より大規模なテスト計算を開始できたことにより、 計画通りに利用できている。 年度末までに当初計画通りに配分リソースを使いきる予定である。
(1) 超高解像度での雲解像度MSSGによる季節から都市スケールのシームレスシミュレーションのテストケースとして、 MJO再現実験を複数ケース実施し、 雲微物理モデル、 計算スキームによる再現性の解析を行った結果、 移流スキーム、 雲微物理スキームによって、 低緯度の雲の組織化に大きな影響を与えることが明らかになった。 これらは、 対象とするMJOのケースを変更しても同様の結果であり、 雲の組織化に本質的な役割があると考えられる。 また、季節スケールの積分を実行するために、 計算時間の効率化を図りよりタ時間ステップを長くするために、 より精度の高い地形フィルタを導入した。 その結果、 物理的性能を保持したまま約20％の計算時間の削減を達成した。
(2) MJO再現実験と都市における豪雨の事例実験を複数ケース実施し、 解像度の違いによる物理的性能へのインパクト、 観測値との比較検証、他モデルとの比較検証を行った。 特に、 都市の豪雨事例実験においては、 数100ｍの解像度が必要であることが明らかになった。 また、 都市スケールにおける接地境界層における建物の解像に関連する粗度の効果をメソスケールへ連成する検討を行い、 建物解像と現象スケールとの関係性を流れ場の再現に導入する必要性を示唆する結果を得た。
(3) 適応策を選定する高解像度領域として、関東域および都市と港湾域の両方の特性が存在する川崎地区を選定し、施策の条件変化によるインパクトを調べるためのシリーズシミュレーションを実施した。 その結果、 温暖化時における降雨量が、 関東域の土地利用に関連性があること、 また、 港湾域の運河の存在が、 都市内陸部の気温低下に効果を発揮していることが明らかとなった。
(4) シームレス予測シミュレーションに向けた計算性能最適化と、 アルゴリズムの高速化の検討として、 現時点で導入している諸スキームを対象に、 MSSG全球AMR (Adaptive Mesh Refinement) 結合モデル版の計算性能の再評価を実施した。 諸スキームの計算スキームは、 当初予想通り、 固定メッシュ全球モデルと同等の計算性能を保持できることを確認した。
(年度当初の研究計画を全て達成した場合を100% / 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記載)
当初計画の各項目(1) - (4) について、 85％を達成している。
ほぼ当初計画通りに利用している。 本年度の残り3カ月において、 配分資源を使いきる予定である。
(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)
利用しているコードは、 地球シミュレータ上での計算性能の限界に達している(並列化率：99。9915％)。 本年度は加えて、 カーネールコード部分(流体計算部分)においては、 よりキャッシュ(ADB)を有効に活用するための詳細分析を実施した。 その結果、 カーネールコード部分は、 バンド幅やキャッシュヒット率だけでなく、 メモリバンク数、 チャネル数が計算性能に影響を与えることが明らかとなった。 また、 本年度新しく導入したモデル、 計算スキームについては、 逐次、 計算性能最適化を行い、 コード全体の計算性能を低下させることなく実行できることを確認している。
該当なし。
2012年10月12日 : 日本経済新聞 朝刊「変わる都市の気候 - 気温上昇抑制へ対策づくり - 」