2020 Fiscal Year Research-status Report
高速な3次元スペクトル大気大循環モデルの構築と大気力学研究への新たなアプローチ
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20K04061
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
石岡 圭一 京都大学, 理学研究科, 教授 (90292804)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 3次元スペクトル大気大循環モデル / 鉛直解像度 / 傾圧渦 / βドリフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は, 鉛直方向にもスペクトル法を用いた3次元スペクトルメカニステック大気大循環モデル(MCM)を構築し, それを高度に最適化・並列化することによって高速動作するように整備して本研究自体および研究コミュニティでの活用に寄与すること, および, 整備されたMCMを用いて初めて可能となる大気力学研究に対する新たなアプローチを試みることである.
2020年度は, 研究の第1段階として, 3次元スペクトルMCMの定式化の整理と, 数値プログラムにおける実装において並列化による高速化を行った. 作成したMCMを用いて, 数値モデルの鉛直解像度依存性を調べる研究として, 台風を意識した回転球面上の孤立した傾圧渦の移動に関する研究を行った. 惑星β効果によって, 孤立渦は北西方向にβドリフトするが, その移動方向および移動速度は渦の構造に依存する. 過去の研究では, 下層渦の移動に関して渦の傾圧性が強く影響するという結果が得られていたが, 本研究でMCMの鉛直解像度を段階的に変えた数値実験を行ったところ, 下層渦の進路に関しては傾圧性の与える効果は過去の研究で示されていた程大きくはなく, 数値モデルの鉛直解像度が低い場合には傾圧性の効果が過大評価されるということが示された. この結果は, 本研究の主要テーマの一つである, MCMの鉛直解像度によって数値実験結果が大きく変わりうることを示したという意義がある. また, 2つの傾圧渦の相互作用に関する数値実験も行い, 傾圧性によって, 順圧渦の場合と相互作用が大きく異なることを新たに示した.
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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
2020年度は, 本研究を進めるにあたって土台となる3次元スペクトルMCMについて, 定式化の整理と, 数値プログラムにおける実装において並列化による高速化を行えたので, 2021年度以降の研究のための準備が整ったという点で, おおむね順調に進展している. また, 当初は予定していなかった回転球面上の傾圧孤立渦の移動に関する研究が行えたことも, 構築したMCMの有用性を示すものである.
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度以降も, 当初の研究計画に沿って研究を推進していく. 2021年度は, 本研究で開発された高速なMCMを用いて, Held and Suarez(1994)で提案された実験設定で中緯度の傾圧擾乱の時間発展の数値実験を長時間にわたって行い, その中から典型的な準周期的変動の期間を抽出する. その準周期的変動に関して, Viswanath(2007)で提案されている反復手法を適用して, 対応する不安定周期軌道を探索する. その際, 系の自由度のオーダーの反復計算が必要になるので, MCMの水平方向または鉛直方向の解像度を適宜下げるなどの試行錯誤をしながら探索を行う. 求められた不安定周期軌道に関して, 風速場と温度場の時間変化および渦運動エネルギーと南北熱輸送量の時間変化を詳細に調べることにより, 不安定周期軌道が, 中緯度傾圧擾乱に関して観測研究で発見されたBAM(=Baroclinic Annular Mode)の変動の骨格とみなせる解になっているかを明らかにする. また, BAMの変動の原因として, Thompson et al.(2017)で提案されている振動子モデルの妥当性についても不安定周期軌道の解を用いて検証する.
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| Causes of Carryover |
2020年度は, 学会や研究会での出張のための旅費を計上していたが, 新型コロナウィルスの影響でこれらが全てオンライン化されたため, 旅費が不要となり, 2020年度には予算執行できなかった. また, MCMを用いた数値計算のために計算サーバーの購入を当初計画していたが, 2020年度に実施したMCMの数値モデルの開発および回転球面上の傾圧孤立渦の移動に関する数値実験は, 数値モデルの高速化によって, 現有の計算機で実行可能であることが判明したため, 2020年度内に無理に安価な計算サーバーを購入するよりも翌年度に繰り越してより高速な計算サーバーを導入する方が今後の研究の推進に有効であると判断した. 2021年度は, 2020年度に使用しなかった助成金と合わせることによって, 当初計画より高速な計算サーバーを導入することによって今後の研究の推進を加速したいと計画している.
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