2020 Fiscal Year Research-status Report

高解像度大気モデルで利用可能な積雲パラメタリゼーションの開発

Research Project

Project/Area Number	19K03964
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	千喜良稔東京大学, 大気海洋研究所, 特任研究員 (20419146)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	大気 / シミュレーション / 積雲 / パラメタリゼーション / グレーゾーン / Unified Parameterization
Outline of Annual Research Achievements	気候の数値シミュレーションを行うモデルでは、通常、積雲を解像できないため、その統計的な影響を計算する理論モデルである積雲対流スキームが用いられる。しかし、近年可能となってきた10kmスケールの解像度(グレーゾーン)のもとでは、従来の積雲対流スキームを適用することができない。カリフォルニア大学ロサンゼルス校の荒川昭夫名誉教授は、積雲対流スキームをグレーゾーンに対応させる枠組みとしてUnified Parameterizationを提案したが、この枠組みは、雲頂高度の異なる複数の積雲(雲タイプ)の存在を考慮していないという問題がある。申請者は、Unified Parameterizationを複数の雲タイプを考慮するものに一般化する研究を行っている。本研究実施期間の第一年度において、申請者は、Unified Parameterizationを複数の雲タイプに一般化させる定式化の検討を行い、これを完了した。昨年度は、第一年度において定式化した一般化されたUnified Parameterizationを、日本の全球非静力学大気モデルNICAMに実装する作業を行った。そして、簡易的なテストを行って、Parameterizationの振る舞いの素過程をチェックし、発生した様々な振る舞いの問題点の検討を行った。複数の雲タイプに一般化されたUnified Parameterizationが利用可能になることで、グレーゾーンの解像度の大気のシミュレーションにおける積雲の取り扱いに関する基盤が確立し、グレーゾーンのの解像度のシミュレーションの精度を高めることができると期待される。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 申請者は、本研究実施期間の第一年度において定式化した一般化されたUnified Parameterizationを、日本の全球非静力学大気モデルNICAMに実装する作業を行い、これを完了した。そして、簡易的なテストを行って、Parameterizationの振る舞いの素過程をチェックし、発生した様々な振る舞いの問題点の検討を行った。特に、浅い積雲において、マスフラックスが上に向かって急激に大きくなる際に、積雲の面積が非現実的なプロファイルになってしまうという問題、また、大規模場のフォーシングが大きく、積雲の面積が大きくなったときに、Unified Parameterizationが想定している振る舞いと異なる振る舞いをしている問題があり、その解決方法の検討を行った。申請者は、一般化されたUnified Parameterizationの性能を評価するための本格的なシミュレーションを昨年度に始める予定であったが、Parameterizationを実装してテストしてみると、様々なテクニカルな問題が発生し、その解決に予想以上の時間を割かれた。そのため、進捗区分を「やや遅れている」とした。
Strategy for Future Research Activity	一般化されたUnified Parameterizationの実装上の問題点の検討を、昨年度に引き続いて行い、今年度の前半までに完了する。浅い積雲の面積のプロファイルが非現実的になってしまう問題については、雲頂下におけるデトレインメントの発生量を調節することによって解決できるという見通しを持っている。大規模場のフォーシングが大きいときに、想定していた振る舞いをしない問題については、雲底マスフラックスの発生量の定式化の再検討が必要である。現在は、グリッド内の浮力に基づいて定式化されているが、大規模場の上昇流の強さに関連付ける必要があると考えている。以上を完了した上で、一般化されたUnified Parameterizationのより詳細な性能評価のための実験を行う。具体的には、NICAMにおいて、(1)一般化されたUnified Parameterizationを使用した実験、(2)Unified Parameterizationを実装していない積雲対流スキームを使用した実験、(3)積雲対流スキームそのものを使用しない実験を行う。解像度としては、ひとまず28kmを対象とする。
Causes of Carryover	新型コロナウイルスの世界的な蔓延により、当初予定していた国内旅費・外国旅費の支出がなされなかったことが大きい。また、申請者の持病のため、新型コロナウイルスへの感染を警戒し、基本、在宅勤務となったため、物品の購入がしづらい環境にあり、必要な物品購入は、令和3年度に回す方針とした。加えて、昨年度から他の科学研究費補助金の支給を受けたため、その他の必要な支出については、そちらの補助金から支出することができた。今年度も、少なくとも前半については、新型コロナウイルスの状況が改善しない見通しを得ているため、旅費の支出は難しいと予想される。昨年度に見送ったコンピューター等の物品の購入を、今年度に行うこととする。また、昨年度および今年度に使用されなかった旅費分については、大規模データの保存のためのシステムの購入費用に充てることを計画している。