GPUスパコンを用いた都市風況解析の実時間アンサンブルデータ同化

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K24359
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 1001:情報科学、情報工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 長谷川 雄太 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (10851016)
• 研究期間 (年度): 2019-08-30 – 2021-03-31
• キーワード: 格子ボルツマン法 / 都市風況 / LES / アンサンブル計算

研究成果の概要

格子ボルツマン法に基づく数m解像度の都市風況・汚染物質拡散解析に対し、アンサンブルデータ同化の実装に向けた研究開発を行った。まず、アンサンブル計算をMPI化し、100アンサンブル程度の大アンサンブル計算を系統的に行うことができるように実装した。次に、このコードを用いて、アンサンブル統計の評価を行ったところ、以下のことが明らかとなった。(1) 風速のヒストグラムは概ねガウス分布に従うが、汚染物質濃度のヒストグラムは正規分布を示さず、ゼロ付近の値が高頻度に出現する対数正規型の分布になった。 (2) 風速の共分散を評価したところ、風速の瞬時値ではなく時間平均値を同化する必要があることがわかった。

自由記述の分野

GPUコンピューティング

研究成果の学術的意義や社会的意義

アンサンブルデータ同化は、気象庁の天気予報などで既に実用化された技術であるが、天気予報などの広域の計算で用いられる格子解像度は数100m～数kmである。一方で本研究では、都市部の局所風況を対象として、数mの解像度格子を用いている。このような高解像度格子では、従来見えなかった高周波・高波数の変動（乱流）が含まれるため、これまでのデータ同化手法を系統的に適用することができるかどうか自明ではなかった。本研究により、都市風況では、瞬時値は乱流の影響を強く受けるため、都市風況にデータ同化を適用するためには瞬時値の代わりに時間平均値を同化する手法を新たに開発する必要があることが明らかになった。