高解像度気候モデル用の新たな流体計算スキームとパラメタリゼーション開発への挑戦
| Project Area | Challenge to the new generation cloud-resolving climate simulation |
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| Project/Area Number |
20H05731
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
升本 順夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (60222436)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河合 佑太 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 特別研究員 (50836434)
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| Project Period (FY) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥25,350,000 (Direct Cost: ¥19,500,000、Indirect Cost: ¥5,850,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | 大気海洋結合気候モデル / 要素モデル / 高精度力学コア / パラメタリゼーション / 雲の組織化 / 高精度流体スキーム / 不連続ガラーキン法 / スーパーパラメタリゼーション / 熱帯大気擾乱 / 積雲対流 / 自己組織化現象 / 高解像度大気海洋結合気候モデル / 汎惑星流体モデル / 3次元放射対流平衡 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、従来の大気海洋結合気候モデルを、より統合的で自由度の高いモデルとし、広範な目的に利用できるようにするため、新たに必要となる「新要素モデル」の開発と、様々な惑星の気候計算に応用可能な「汎惑星流体モデル」の構築を目指す。「新要素モデル」は、雲微物理過程から大循環規模までのスケール間相互作用を陽に取り入れるための基礎を形作るとともに、従来型モデルにも適合可能なパラメータ化に貢献する。「汎惑星流体モデル」の構築では、物理表現と計算効率のバランスが取れた高精度流体スキームを研究開発し、大気・海洋モデルへ適用することで、多様な惑星流体の挙動把握に役立たせる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
新たな高精度流体離散化手法の研究では、大気境界層乱流に対する高精度流体スキームの影響を調べた。従来の格子点法における移流項の空間・時間精度に関する成果を論文として発表した。従来の格子点法での高精度化の問題を避けるために用いた不連続ガラーキン法(DGM)の必要精度に関する研究も進め, 展開多項式として4次以上が必要であることを示した。この結果は、本研究で開発したDGMに基づく領域大気力学コアを用いた理想化した境界層乱流 LES の計算結果とも整合することを確認した。また、DGMに基づく大気力学コアの三次元球面領域への拡張や、大気力学コアへの湿潤過程や雲微物理スキームの導入を試みた。
要素モデルの構築では、スーパーパラメタリゼーションの実装と3次元放射対流平衡実験を進めた。全球気候モデルMIROC6の大気部分を親モデル、SCALE-RM v5.3.6を子モデルとしたスーパーパラメタリゼーションの実装に際して、従来報告されていなかった数値的不安定が生じたため、時間積分を4段4次ルンゲクッタ法に変更することで、長期間の時間積分を可能とした。このスーパーパラメタリゼーション版MIROC（SP-MIROC）に現実的な海陸分布や海水温を与えて大気の循環を計算させた結果、赤道ケルビン波などの熱帯大気擾乱を標準のMIROC6よりも現実的に再現できることが示された。
また、理想化した環境の大気数値モデル実験において発生する積雲対流の統計的性質を調査した。雲解像モデルSCALE-RMを用いた数値実験の結果、積雲対流の強度として鉛直上方への質量フラックスの頻度分布は概ね指数分布に近似でき、海面水温が高いほど対流の数は減少するとともに強い対流の割合が増えることが示された。また、雲の自己組織化現象が発生するケースでは、鉛直質量フラックスの分布関数は指数分布からの乖離が大きくなることも示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画に沿って、不連続ガラーキン法(DGM)を用いた高精度大気力学コアを有する全球モデルの開発、スーパーパラメタリゼ－ションの実用的な設定での実装、および3次元放射対流平衡実験における大規模な大気循環が積雲アンサンブルの統計的性質に対して与える影響の評価を着実に進めた。得られた結果は国内、海外の学会で発表するとともに、論文執筆にも取りかかるなど、概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
高精度流体離散化手法の研究では、今年度開発した湿潤過程や雲微物理スキームを導入した不連続ガラーキン法(DGM)に基づく大気モデルを利用し、その物理的な妥当性をさらに検証する。スーパーパラメタリゼーションでは、計算コストの削減などの課題の解決法を検討するとともに、赤道ケルビン波がより現実的に再現された理由を明らかにする。また、雲の自己組織化現象では、時間的・空間的特徴を定量化するための汎用的な指標を考案する。これらの研究を進めることにより、当初の目標を達成する。
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Report
(2 results)
Research Products
(26 results)
