非静力学海洋モデルと現場係留観測に基づく南極底層水形成の実態把握

• 研究課題/領域番号: 25870021
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 気象・海洋物理・陸水学; 高性能計算
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 松村 義正 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (70631399)
• 研究協力者: 山岸 孝輝 (財)高度情報科学技術研究機構
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: フラジルアイス / 非静力学モデル / 海洋海氷結合モデル / 粒子追跡法 / 南極底層水 / 海洋棚氷相互作用 / 海洋物理 / 数値モデル

研究成果の概要

本課題は数値海洋モデルと現場係留観測を相補的に活用し、南極底層水形成機構の定量的な理解を得ることを当初の目的としていたが、後者の観測計画が順調に進まなかったため、計画を変更し数値モデル高度化に取り組んだ。まず非静力学海洋モデルに粒子追跡法を組込み、微小なフラジルアイスをラグランジュ的に扱う新規的な海氷・海洋結合モデルを開発した。これにより、南極底層水形成の起点である沿岸ポリニヤでの海氷生成過程の直接数値シミュレーションに成功した。次に粒子追跡法を海底堆積物の浮上・輸送過程に適用した。開発した数値モデルは様々な研究対象に応用可能であり、今後の発展が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Lagrangian modelling of frazil ice in the ocean (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Y. and K. I. Ohshima
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 56
  • NAID: 120005740330
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A numerical investigation of formation and variability of Antarctic Bottom Water off Cape Darnley, East Antarctica (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, Y., K. I. Ohshima, Y. Matsumura, Y. Fukamachi, H. Hasumi
  • 雑誌名: Journal of Physical Oceanography 巻: 44 号: 11 ページ: 2921-2937
  • DOI: 10.1175/jpo-d-14-0069.1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Modeling turbid melt water plume and associated sediment transport (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Y., Ohashi, Y., Aoki, S. and Sugiyama, S.
  • 学会等名: International workshop on "Greenland ice sheet mass loss and its impact on global climate change"
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 南極海氷コアから推定される昭和基地周辺の定着氷の発達・崩壊過程 (2016)
  • 著者名/発表者名: 豊田威信, 牛尾収輝, 田村岳史, 野村大樹, 清水大輔, 深町康, 松村義正, Alexander Fraser
  • 学会等名: 2016年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] グリーンランド氷河融解水を起源とする高濁度水プルームのモデリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 松村義正, 大橋良彦, 青木茂, 杉山慎
  • 学会等名: 2016年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] Modeling microscale processes in the ocean (2016)
  • 著者名/発表者名: 松村義正
  • 学会等名: 惑星大気研究会「水惑星」
  • 発表場所: 国立天文台三鷹キャンパス（東京都三鷹市）
  • 年月日: 2016-03-10
• [学会発表] Accelerating a non-hydrostatic ocean model with multigrid Poisson/Helmholtz solver using a GPU (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamagsishi, T. and Matsumura, Y.
  • 学会等名: The 6th AICS International Symposium
  • 発表場所: 理化学研究所計算科学研究機構（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-02-26
• [学会発表] Formation and Variability of Antarctic Bottom Water off Cape Darnley: the Fourth Antarctic Bottom Water (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohshima, K. I., Nakayama, Y., Fukamachi, Y., Matsumura, Y., Nihashi, S., Tamura, T., Kitade, T., Hirano, D. and Aoki, S.
  • 学会等名: 2016 AGU Ocean Science Meeting
  • 発表場所: ニューオーリンズ（アメリカ合衆国）
  • 年月日: 2016-02-25
  • 国際学会
• [学会発表] 粒子追跡によるEuler-Lagrange型海洋混相流モデルの開発とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松村義正
  • 学会等名: 研究集会「日本を取り囲む陸海結合システムの解明に向けて」
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-12-17
• [学会発表] Modeling sediment entrainment into newly formed sea ice (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Y., Ito, M. and Ohshima, K. I.
  • 学会等名: The Sixth Symposium on Polar Science
  • 発表場所: 国立極地研究所（東京都立川市）
  • 年月日: 2015-11-19
• [学会発表] A GPU Acceleration of a Non-Hydrostatic Ocean Model Using a Mixed Precision Multigrid Preconditioned Conjugate Gradient Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamagsishi, T. and Matsumura, Y.
  • 学会等名: Supercomputing Conference 2015
  • 発表場所: オースティン（アメリカ合衆国）
  • 年月日: 2015-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] 非静力学モデルを用いた沿岸域での微小スケールプロセスのモデリング (2015)
  • 著者名/発表者名: 松村義正
  • 学会等名: 研究集会「沿岸から外洋までをシームレスにつなぐ海洋モデリングシステムの構築に向けて」
  • 発表場所: 東京大学大気海洋研究（千葉県柏市）
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] A fast GPU accelerated mixed precision calculation for a non-hydrostatic ocean model with a multigrid preconditioned conjugate gradient method (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamagsishi, T. and Matsumura, Y.
  • 学会等名: GPU Technology Conference 2015
  • 発表場所: 虎ノ門ヒルズフォーラム（東京都港区）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] A Numerical Investigation of Formation and Variability of Antarctic Bottom Water off Cape Darnley, East Antarctic (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, Y., Ohshima, K. I., Matsumura, Y., Fukamachi, Y. and Hasumi, H.
  • 学会等名: 26th IUGG General Assembly
  • 発表場所: プラハ（チェコ）
  • 年月日: 2015-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling small scale ocean-ice shelf interaction (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Y.
  • 学会等名: An Australian-Japanese workshop on ice-ocean interactions
  • 発表場所: ホバート（オーストラリア）
  • 年月日: 2015-07-01
• [学会発表] Modeling Frazil Ice using Lagrangian particle tracking (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Y. and K. I. Ohshima
  • 学会等名: 26th IUGG General Assembly 2015
  • 発表場所: プラハ (チェコ)
  • 年月日: 2015-06-22 – 2015-07-02
• [学会発表] フラジルアイス粒子追跡モデルのポリニヤモデルへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中田 和輝, 松村 義正, 大島 慶一郎
  • 学会等名: 2015年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学品川キャンパス (東京都港区)
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Modeling oceanic multiphase flow by using Lagrangian particle tracking (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Y.
  • 学会等名: 2014 AGU fall meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ (アメリカ合衆国)
  • 年月日: 2014-12-16
• [学会発表] Lagrangian modeling of frazil ice (2014)
  • 著者名/発表者名: 松村 義正, 大島 慶一郎
  • 学会等名: 第5回極域科学シンポジウム
  • 発表場所: 国立極地研究所 (東京都立川市)
  • 年月日: 2014-12-02
• [学会発表] 非静力学海洋モデルによる南極底層水形成シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 松村 義正
  • 学会等名: 第１回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題成果報告会
  • 発表場所: コクヨホール (東京都港区)
  • 年月日: 2014-10-31
• [学会発表] 粒子追跡法によるフラジルアイスの数値モデリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 松村 義正, 大島 慶一郎
  • 学会等名: 2014年度雪氷学会雪氷研究大会
  • 発表場所: 八戸工業大学 (青森県八戸市)
  • 年月日: 2014-09-22
• [学会発表] Pine Island Glacier における活発な底面融解に関する数値モデリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤 義仁, 草原 和弥, 松村 義正
  • 学会等名: 2014年度雪氷学会雪氷研究大会
  • 発表場所: 八戸工業大学 (青森県八戸市)
  • 年月日: 2014-09-20
• [学会発表] 非静力学コア+オンライン粒子追跡による混相流の数値モデリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 松村 義正
  • 学会等名: 2014年度日本海洋学会秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス (長崎県長崎市)
  • 年月日: 2014-09-14
• [学会発表] 南極底層水形成機構の高解像度モデリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 松村 義正, 大島 慶一郎, 羽角 博康
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2014-05-02
• [学会発表] Modeling frazil crystals and their impacts on ocean mixed layer (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Y. and K. I. Ohshima
  • 学会等名: IGS International Symposium on Sea Ice in a Changing Environment
  • 発表場所: C3コンベンションセンター (オーストラリア・ホバート)
• [学会発表] 南極底層水形成機構の高解像度モデリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 松村 義正, 大島 慶一郎, 羽角 博康
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 (横浜市)
• [学会発表] 結氷過程の数値モデリングI
  • 著者名/発表者名: 松村 義正, 大島 慶一郎
  • 学会等名: 2013年度日本海洋学会秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館 (札幌市)
• [学会発表] 海洋非静力学モデルの現状と課題
  • 著者名/発表者名: 松村 義正
  • 学会等名: 第15回非静力学モデルに関するワークショップ
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所 (札幌市)
• [学会発表] 結氷過程の数値モデリングII
  • 著者名/発表者名: 松村 義正, 大島 慶一郎
  • 学会等名: 2014年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学品川キャンパス (東京都港区)
• [図書] 北海道大学低温科学研究所編「低温科学便覧」, 第7章 南極海における海氷生成と深層水形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大島慶一郎, 深町康, 青木茂, 松村義正 他
  • 総ページ数: 383
  • 出版者: 丸善出版