2017 Fiscal Year Research-status Report
粒子追跡による海洋物質循環・生態系モデリング手法の構築
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16K12575
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松村 義正 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (70631399)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 粒子追跡法 / 非静力学海洋モデル / 浮遊堆積物 / ハイパーピクナル流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
出水時の河川水に多量に含まれる浮遊堆積物粒子が河川影響海域の物理場にどのような影響を与えるかについて、本課題で新たに開発した浮遊粒子が河川水・海水の運動に与える力学的影響を陽に扱うことが可能な分散混相流モデルを用いた数値的研究を実施した。
具体的な実験対象海域を丹後湾由良川河口域とし、河川流量についての観測値が存在する2013年9月の出水について数値実験を実施した。河川水中の浮遊堆積物量は既往研究によって推定された河川流量と懸濁粒子含有量の関係式により与えた。衛星画像による海面塩分推定値との比較等によりモデルの妥当性を検証し、続いて浮遊堆積物含有濃度やその粒径分布を変化させる感度実験の結果から、特に浮遊堆積物の存在が湾に流出した河川水と海水との混合にどのような影響を及ぼすかについて定量的に評価した。
また、数値モデルの高度化も継続的に遂行している。新たな試みとして浮遊堆積物粒子が沈降する際に開放する位置エネルギーの一部を鉛直渦拡散係数並びに鉛直渦拡粘性係数の推定に用いているサブグリッドスケールの乱流運動エネルギーの生成項とし、水塊の鉛直混合並びに堆積物粒子自身の再浮上にフィードバックするスキームを新たに提案し実装した。予備的に実験においては、上記由良川での出水程度の流量・堆積物含有量では著しい違いは生じないが、巨大河川におけるハイパーピクナル流のように膨大な浮遊堆積物が存在する状況下では顕著な差が認められ、妥当性の検証が今後の課題である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本課題は、粒子追跡法に基づく新規的海洋物質循環・生態系数値モデルの構築並びにその応用を目的としている。従って数値モデルコードの開発・運用が必須であるが、本年度より新たに稼働した大型計算機システムへの移植が難航しており、研究進捗の遅れが生じた。
具体的には、特定システム上で並列化数値実験を実施した際、MPIライブラリによる並列化出力機能を用いた粒子情報のファイルへの書き出し時に障害が発生し、その検証と原因究明に多くの時間を割くこととなった。この障害は利用を予定していた特定の計算機システム上においてのみ発生し、またその原因が本課題で開発している数値モデルコードにあるのでははなく、システム側の問題であることが確認できたため、利用する計算機システムの変更を検討するとともに、当該障害を回避するためのプログラムコードの改変作業を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況で述べた数値モデルコードの障害対策を速やかに実施し、本課題で開発している新規的数値モデルを用いて以下の2つテーマを対象とする大規模数値実験を目指す。
1) 新たに提案した浮遊堆積物の沈降・再浮遊による位置エネルギーの変化とサブグリッドスケールの乱流運動エネルギーを関連付ける数値スキームを用いて、特に巨大河川の出水時に生じるとされるハイパーピクなる流の直接シミュレーションを実施し、そのメカニズムを定量的に評価する。
2) 粒子追跡法を基にした海洋生態系モデルを構築し、特に日本沿岸から黒潮続流域における微小スケールの渦や混合過程が基礎生産や水産資源魚種の卵・仔魚の輸送にどのように影響しているかを調査する。
また、参画する他の研究課題等と連携することにより、本課題で開発する数値モデルの妥当性の検証のための現場観測も実施する。
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| Causes of Carryover |
本課題は新たな数値モデルコードの開発を目的の一つとしている。
開発用環境として、大規模シミュレーションで用いる大型計算機と同一アーキテクチャのワークステーションの購入を想定していたが、当該アーキテクチャにおいて我々の開発する数値モデルコードが正常動作しない不具合が発覚したため、障害の原因特定及び回避が可能となるまで同アーキテクチャのワークステーションの購入を保留することとなり、当初計画を変更して本年度は過去の参画課題で購入した計算機を利用して研究計画を遂行した。
計画した数値モデルコードはほぼ完成しつつあり、次年度では繰り越した研究費による開発用ワークステーションの購入は取りやめ、数値モデル検証のための現場観測を実施する予定である。
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