高湿潤場における降水機構にエアロゾル過程の与える影響に関する研究

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23540511
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 篠田 太郎 名古屋大学, 地球水循環研究センター, 助教 (50335022)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2014-03-31
• Keywords: 水循環 / 大気現象 / エアロゾル

Research Abstract

エアロゾル輸送モデルSPRINTARSのソースコードを開発者である九州大学応用力学研究所竹村俊彦准教授より受領し、雲解像モデルCReSSとの結合モデルCReSS-SPRINTASの作成を行った。SPRINTARSと同様にCReSS-SPRINTASでも、取り扱われる17種類のエアロゾルの種類毎に混合比を予報変数として計算する部分の作成を行った。そして、各種類のエアロゾル粒子に対して、大気の流れによる移動（移流・拡散）部分のコード化も完了した。次いで、大気中での乾性沈着、雲・降水による湿性沈着、重力落下などの部分のコード化を行った。この点では、CReSSで考えられている凝結物（液相および固相の水物質、雨、雪、あられなどが含まれる）に取り込まれて、凝結物と一緒に落下してくる過程を新たに作り込む必要があり、凝結物とエアロゾルの種類のマトリクスの計算を行う部分の作成を行っている。この過程では、雲底下で落下してくる降水粒子によってエアロゾル粒子が捕捉される過程（sub-cloud scavensing）の開発は終了したが、雲内で雲粒子に取り込まれたエアロゾル粒子が、降水粒子に雲粒子が取り込まれることで大気中から除去される過程（in-cloud scavensing）の開発が終了していない。開発の目処は立っているので、早急に開発を終える予定である。また、CReSS-SPRINTARS結合モデルの作成に関連して、CReSSにおいて行うべき改修（暖かい雨過程の2-moment 化、雲氷の粒径分布と落下速度の関係式の見直し）については、予定通り完了した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

SPRINTARSは全球モデル用に開発されていたため、降水粒子に取り込まれたエアロゾルは1タイムステップのうちに地上まで落下してしまうと規定されていた。しかしながら、雲解像モデルでは雲粒子や降水粒子に取り込まれたエアロゾル粒子は、それらの粒子の移流、拡散、落下と同時に移動する必要がある。このため、凝結物とエアロゾルの種類のマトリクスの計算を行う部分の作成を行っている。この過程におけるメモリ使用量の節約と計算の高速化の検討に時間をかけたために、in-cloud scavensing過程の作成が遅れてしまった。現在、マトリクス計算の部分の作り込みは終了し、in-cloud scavensing過程についても目処がついているために、遅れは回復すると考えている。

Strategy for Future Research Activity

In-cloud scavensingの部分のコード化を終えた後、エアロゾル粒子が雲に対して凝結核・氷晶核として作用する過程の開発を行う。凝結核・氷晶核を考慮した雲水・雲氷の核化過程を導入することで、凝結核・氷晶核の粒径や数濃度により規定される雲水や雲氷の粒径分布に基づいて雲微物理過程の計算を開始することができるようになる。現在、過飽和状態において一定粒径の雲水（雲氷）を過飽和分だけ生成するというスキームとは異なる手法により雲物理過程の計算（降水粒子の形成過程）が開始される部分とは異なる凝結物の粒径分布が形成されることが期待され、降水セルや降水システムの構造に大きな変化が生じることが考えられる。その後、CReSS-SPRINTARSを用いた、沖縄で実施されている梅雨前線帯の降水システムを対象とした実験を行う。エアロゾル過程を導入した計算と導入していない計算の両者を行い、両者の結果について、降水3次元分布（地上レーダ観測結果との比較）、雨滴粒径分布（地上における粒径分布観測結果との比較）、上層雲の広がり（赤外輝度温度の衛星観測結果との比較）などについての比較を行い、相違点の考察を行う。この成果については、12月に米国で開催されるAGUにおいて発表を行うことを目標としている。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

これまで、雲解像モデルCReSS のコードは中電CTIの榊原篤志氏とそのグループが作成している。榊原氏のグループは計算科学を修めたメンバーで構成されており、CReSSの特徴として可読性が高く実行速度が速いことが挙げられる。特に計算の実行速度の向上は、将来構想にも入っているCReSS-SPRINTARSを用いた毎日のシミュレーション実験を行う際には欠かせない性能である。このため、本研究課題申請者がCReSS-SPRINTARSのプロトタイプを開発した後に、プログラムの高速化を図るために中電CTI 関係者にプログラムコードの高速化のための改修を依頼する。そのための予算を「その他」の費目に計上している。また、SPRINTARSの開発者である九州大学応用力学研究所の竹村俊彦准教授とは密な打ち合わせを行う必要がある。このため名古屋－博多間の2往復分の旅費を計上している。さらに、CReSS-SPRINTARSを用いた結果について、12月に米国のサンフランシスコで開催されるAGUにおいて発表することを考えている。このための旅費を計上する。