Development of a Venusian non-hydrostatic atmospheric general circulation model for exploring the role of thermal convection in large-scale structures in the cloud layer

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04062
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 樫村 博基 神戸大学, 理学研究科, 講師 (80635186)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 金星大気 / 全球非静力学モデル / 高解像度計算

Outline of Annual Research Achievements

非静力学金星大気大循環モデルを開発するために、正二十面体準一様格子に基づく非静力学の全球力学コア「SCALE-GM」の金星化に着手した。
まずは、簡単な太陽放射加熱・赤外放射冷却（ニュートン冷却）の強制で循環を駆動させられるように、従来型の静力学金星大気大循環モデルとして実績ある金星AFESで用いられている、放射加熱・冷却のモジュールをSCALE-GMに移植した。ニュートン冷却の基準温度場には、観測的に存在が示唆されており、近年発見された惑星規模の筋状構造や弓状構造にとって重要と考えられている、低安定度層を設定した。自転角速度や地表面気圧などの惑星・大気の諸定数を金星の値に変更し、剛体回転で理想化した東西風（スーパーローテーション）とニュートン冷却の基準温度場を初期条件として与え、500地球日程度の時間積分を試みた。
水平拡散やスポンジ層、時間刻み幅の取り方を試行錯誤した結果、これまでにglevel 5（水平格子点間隔 Δx ~ 210 km）鉛直60層（層間隔Δz ~ 2 km）から、glevel 7（Δx ~ 52 km）鉛直120層（Δz ~ 1 km）までの解像度での計算に成功している。スペクトルモデルとの対応で言えば、前者は切断波数T42、後者はT170に相当する解像度である。
glevel 7の設定では、水平拡散の入れ方による計算される鉛直風速場の違いも調べた。結果、ラプラス演算子の3乗による水平拡散では細かい構造が、金星AFESの結果に比べて目立ちすぎるが、ラプラス演算子の2乗の場合には、金星AFESと同様の結果が得られることが分かった。惑星規模の筋状構造もよく再現されており、SCALE-GMによる簡易金星計算は成功したと言える。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

簡易金星計算を行うための放射加熱冷却モジュールの移植元を、当初計画のDCPAMではなく、より金星大気モデルとして実績のある金星AFESに変更したが、移植作業・試計算ともに順調に実施できた。研究進捗としては概ね計画通りである。

Strategy for Future Research Activity

実績ある金星AFESの加熱・冷却モジュールを導入することで、簡易な放射過程であっても、金星AFESと同様に金星大気現象の力学的側面の多くを、SCALE-GMで表現できるようになった。一方で、SCALE-GMはまだ太陽加熱の日変化に対応していないので、今後対応を進める。また、大型計算機「富岳」を利用して、より高解像度の計算を試行する。

Causes of Carryover

世界的な新型コロナウイルス感染症の感染拡大により、国内外の出張が困難になり、旅費が一切使用できなかった。同じ理由で、大学院生の雇用にも制限がかかり、謝金の支払いも行わなかった。また、別途比較的自由度の高い予算がつき、本研究でも使用できるワークステーションを購入することが出来たため、物品費を温存することにした。以上の理由により次年度使用額が生じた。
主な使用計画としては、数値計算の進捗やデータ量と、市販のワークステーションの性能向上のタイミングを見計らいながら、適切な時期にストレージや計算機を購入する。

Research Products

• [Presentation] 全球非静力学金星大気モデルの開発 (2021)
  • Author(s): 樫村 博基, 八代 尚, 西澤 誠也, 富田 浩文, 高木 征弘, 杉本 憲彦, 小郷原 一智, 黒田 剛史, 中島 健介, 石渡 正樹, 高橋 芳幸, 林 祥介
  • Organizer: 金星大気の観測・シミュレーション・データ同化に関する研究会