2019 Fiscal Year Research-status Report
氷床・棚氷モデルへの高精度輸送スキームの導入とその影響に関する研究
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17K05664
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
齋藤 冬樹 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(環境変動予測研究センター), 技術研究員 (60396942)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 数値モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者が開発を続けてきた氷床流動モデル Ice sheet model for Integrated Earth system Studies (IcIES)の改良を継続した。当初の計画である力学過程の移流輸送計算方式の改良から、氷床年代計算への応用研究へと昨年度に方針を修正したが、それを踏まえ、一次元氷床年代計算におけるRCIP (有理関数を用いた Constrained Interpolation Profile)法の適用とその効果に関して論文を投稿した。投稿前の実験で明らかとなった実装方法などの改良点を導入し、昨年度まとめた RCIP 法による包括的な感度実験を再度行ったところ、改良前から比較してさらに精度が向上されたことが確認された。特にRCIP 法のアルゴリズムの性質から自明なことではあるが、年層厚の計算において従来手法から飛躍的に精度が向上したことが明らかとなった。この年層厚は、現実の氷床コアの解析でも特に利用される指標の一つであり、RCIP 法による年代計算の有効性が確認されたといえる。本投稿論文は雑誌 Geoscientific Model Development に discussion 論文として出版され、現在査読中であり、次年度の出版を目指す。一次元での RCIP法の有効性を確認出来たことから、RCIP あるいはIDO(Interpolated Differential Operator) 法を三次元の熱力学・年代計算や、二次元の力学計算に適用するために検討を継続し、今後の開発を進める予定である。また、開発した RCIP 法による年代計算を実際の氷床コアなどの設定で応用し、現実的な年代計算を行う。
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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
近年100万年以上の時間スケールの古気候研究が盛んであり、それに伴い高精度古気候復元の機運が高まっている。International Partnerships in Ice Core Sciences (IPICS) の掲げるOldest ice core project がその代表的なものであり、日本でも国立極地研究所を中心に新たな氷床コア掘削地点の選定研究が行われている。氷床モデルによる氷の年代計算は、掘削地点の決定にとって重要な手法の一つであり、より高精度の計算が期待される研究課題である。この年代計算は移流方程式そのものを解くことである。数値計算の精度を確認する有効な方法の一つは、解析的な解が得られる理想的な条件下で、解を比較、議論することであり、昨年度から様々な系で感度実験を行ってきた。比較は基本的な手法としてよく用いられている、一次の上流差分および二次の上流差分を使用した。ある特殊な設定下で一次の上流差分の精度が想定以上に(RCIP 法と同程度に)高かったことが明らかになり、RCIP 法の実装を再検討した。その中で、RCIP 法で用いる上流点の求め方を改良することで RCIP 法が飛躍的に精度が高くなることが明らかとなった。さらに、氷床コア解析で用いられる年層厚(一年に対応する層の厚さ)の計算において RCIP 法が他の手法と比較し有効性が非常に高いことが明らかとなった。以上を踏まえ、一次、二次の上流差分、RCIP 法、および上流点計算を改良した RCIP 法を氷年代計算に適用し比較した論文を投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、現在査読中の氷床モデルにおける氷年代計算の RCIP 法の有効性について投稿した論文を、出版まで進める。また、関連してその手法を用いた応用研究(現実的な状況下での年代計算など)に関する学会発表を行う。この手法で RCIP の有効性が確認出来たことから、本年度開始した三次元熱力学過程への実装を継続する。年代計算は簡単化のため鉛直一次元に制限して実装・開発したが、三次元熱力学過程への実装には多次元化という困難がある。RCIP 法に関して多次元化の手法のついての論文を元に、特に氷床モデルにとって有効な手法を検討したが、RCIP 法のまま三次元で行うか、IDO 法に移行すべきか、未だに決定出来てはいない。また、鉛直方向(一次元)と水平方向(二次元)で解法を分割し、それぞれで部分的に RCIP 法を用いる、IDO 法を用いる、両者を組み合わせる、など検討の余地が残っており、その決定を年度前半で行う予定である。それを元に、力学、熱力学過程の移流輸送を計算の開発実装を継続し、新手法の有効性と、従来の手法による計算の不確定性を議論する。実験は氷床モデル比較プロジェクトEuropean Ice Sheet Modelling INiTiative (EISMINT)および Ice SheetModel Intercomparison Project(ISMIP) の提案した実験に準ずる。これらの実験は世界の氷床モデルの基本的な実験として考えられ、多くのモデルの振る舞いが記述されてきた。系を単純化しているため、様々な効果を定量的に議論することが容易である。この実験を通じて氷床モデルの移流・輸送方程式について統合的に議論し、特に熱力学・力学結合過程を通じた影響に関して明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本年度の使用計画では論文投稿や学会発表などの成果発表に多く使用することとなっていたが、研究が予想以上に発展したことに伴い論文出版が次年度となったため、補助事業期間を申請した。次年度の使用計画としては、IcIES の開発と並行して、現在査読中の論文出版や学会発表などの成果の発表に使用する。
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