平成24年度 地球シミュレータ利用報告会

渦解像可能な領域大気モデルを用いた深い対流のシミュレーションとその検証

発表資料 (3.6MB)

1. プロジェクト名

渦解像可能な領域大気モデルを用いた深い対流のシミュレーションとその検証

Simulation and Verification of Tropical Deep Convective Clouds Using Eddy-permitting Regional Atmospheric Models

2. プロジェクト責任者名

中村 晃三 (海洋研究開発機構 地球環境変動領域 次世代モデル研究プログラム)

Kozo Nakamura

3. プロジェクトの目的

現在の多くのGCMでは、熱帯域における深い対流活動の空間構造や日変化の位相の再現性の低さが指摘されている。本課題では熱帯域での対流活動の中でも、個々の対流の振る舞いや海陸風・山谷風などの局地循環によって駆動される対流活動などの基礎的な現象の把握及び解明を目指し、渦解像可能な領域大気モデルを用いて再現実験・感度実験・観測データとの比較・検証を行う。また、領域モデルによるデータ同化手法を用いた解析研究に取り組み、領域境界値の精度向上を目指す。更に、深い対流の乱流運動を含む詳細な振舞いを陽に計算する大渦解像シミュレーション(LES)データを活用することで領域気候モデルの高精度化を行う。そして、熱帯域の深い対流を主としたLESによる詳細なデータを基に、領域気候モデルの対流活動に関わる再現性向上を図る。

4. 今年度当初の計画

1) 広領域実験に対応した領域版NICAMの開発

領域版NICAMの開発を進めるとともに、既存の領域気候モデルやストレッチ版NICAMを活用して熱帯海洋大陸周辺域を対象とした基礎実験も並行して進める。その際には、典型的な日周期運動を調べるために、特定年の大規模擾乱や熱帯低気圧などの大規模擾乱の影響が小さい期間を対象として１ヶ月程度の再現実験を行ない、既存モデルの振舞いの確認も進める。その後、開発した領域版NICAMによる海洋大陸周辺域で起こる典型的な日変化を伴う対流活動の比較実験を行なうことで、モデルの妥当性の検証を進めていく。LESモデルで得られた雲の振舞いとの比較解析、物理過程に関する感度試験による違いを明らかにする。

2) LESに対応した平面座標系領域版NICAMの開発および試験計算

昨年度までに開発を進めた、LESに対応した領域版NICAMを用いて熱帯域で発生する典型的な積雲対流システムの実験を行う。そして空間解像度が対流システムの振る舞いに与える影響を検討する。

雲微物理モデルの改良

バルク法雲微物理過程の開発を進めるために、CReSSおよびJMA/MRI-NHMについて、これまで開発してきたビン法を用いた野外観測事例の再現計算を行ない、雲生成過程のパラメータ化を進める。

5. 研究計画に沿った利用状況度

昨年度までに開発したLESに対応した平板座標系NICAMを用いて、典型的な熱帯対流系のシミュレーションを行った。モデルの計算効率の向上を進めるとともに、空間解像度1600mから始めて、800m、400m、200m格子を用いた実験まで実行している。これらの課題推進のため2011年12月現在までに90%のES計算資源を消化している。

6. 今年度得られた成果、 および達成度

成果

1) 球面座標系領域版NICAMの開発および試験計算
　　広領域実験に対応した領域版NICAMの開発：

研究計画に則り、広領域版実験に対応した領域版NICAMの開発を行ってきた。昨年度までに開発した球面座標上での領域版NICAMを拡張し、全球の10分の1格子数だけではなく、更に細かい分割まで可能となる領域を対象とした実験を行えるよう改良した。また、領域版NICAMにおいても既存の領域気候モデルと同様に再解析データなどを側面境界条件として与えることが出来るよう改良を行った。改良を進めた領域版NICAMを用いて、残りの期間において実験を進める予定である。

2) LESに対応した平面座標系領域版NICAMの開発および試験計算

研究計画に則り、LES対応NICAMを用いて、現在、熱帯域で発生する典型的な積乱雲システムを対象事例として実験を行っている。洋上観測や陸上観測結果と比較し、その再現性能の評価を進めた。また、モデルの水平解像度依存性を調査した結果、鉛直流や雲物質量に関する数値解は解像度の向上とともに徐々に収束に向かっている兆候を示している。

3) 雲微物理モデルの改良

暖かな雨のためのビン法を組み込んだCReSSを用いて雲を含む境界層の再現実験を行い、その結果を用いたバルク法の開発を進めている。今年は、特にautoconversion と呼ばれる過程について、2種類に分類した液水に関して２つの変数を使った場合のスキームについての検討を進めた。

達成度

(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)

1) 広領域実験に対応した領域版NICAMの開発 ： 70%(12月時点)
　2) LESに対応した平面座標系領域版NICAMの開発および試験計算 ： 90%(12月時点)
　3) 雲微物理モデルの改良 ： 80%(12月時点)

7. 計算機資源の利用状況

計算機資源の利用状況

本研究課題の中心課題である「LESに対応した平面座標系領域版NICAMの開発および試験計算」に関して、モデル自体の開発とその物理的、数値的パラメータの設定試験を順調に進めており、本研究課題に割り当てられた計算資源の内の残り(11月末時点でおよそ10%)も年度末までには消化する見込みである。

チューニングによる成果

(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)

該当なし。

計画的に利用できていない場合、その理由

該当なし。

8. 新聞、雑誌での掲載記事

該当なし。