| 研究課題/領域番号 |
20K04061
|
|---|
| 研究機関 | 京都大学 |
|---|
研究代表者 |
石岡 圭一 京都大学, 理学研究科, 教授 (90292804)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| キーワード | 次元スペクトル大気大循環モデル / 鉛直解像度 / 傾圧トイモデル |
|---|
| 研究実績の概要 |
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.
2021年度は, 2020年度に行った3次元スペクトルMCMの定式化について論文にまとめて投稿し, 掲載が決定している. 論文化の際に, 3次元スペクトルMCMにおける鉛直解像度が数値解の収束性に与える影響を徹底的に調べるために, 鉛直解像度を変えた数値計算を多数行った. その結果, この3次元スペクトルMCMでは, 鉛直方向の自由度を上げて鉛直解像度を細かくしていくと, 数値解の精度が急激に向上するという, スペクトル法特有の性質が見られることが示せた. このことは, 開発した3次元スペクトルMCMが, 鉛直方向に差分法を使う従来のMCMに比べて, より少ない鉛直自由度で高精度の数値解を得ることが可能になることを意味しており, 大気力学研究にこの3次元スペクトルMCMを用いることの有効性を示すものである.
上記の論文化の過程において, 3次元スペクトルMCMの定式化で鉛直の自由度を極限まで減らした「傾圧トイモデル」が構成できることも発見し, その傾圧トイモデルにおける乱流の数値計算も行った. これについては, エネルギースペクトルの形などについて興味深い性質が見られている. また, MCMを用いた中緯度の傾圧擾乱の時間発展の数値実験を行うことにより, その中から不安定周期軌道を求めることにも成功している. これらについては, 2022年度も引き続き研究を進める予定である.
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2021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, 鉛直解像度に関する数値解の精度の依存性も詳しく調べたことも含めてその定式化を投稿論文にまとめて掲載決定に至ったということで, このMCMの有用性を示すことができた. また, このMCMを使った中緯度の傾圧擾乱の時間発展における不安定周期軌道の抽出にも既に成功しており, またMCMの定式化の副産物として得られた傾圧トイモデルを使った乱流計算でも既に興味深い結果が得られている. 以上から, 研究はおおむね順調に進展していると判断する.
|
| 今後の研究の推進方策 |
2022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. 2022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. これについては, 2021年度の段階で既に低い解像度では成功しているが, 解像度を上げた場合でも不安定周期軌道を抽出できるように検出アルゴリズムについて改良を図る. また, 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. さらに, 傾圧トイモデルにおける乱流計算で得られるエネルギースペクトルの形状について, その成因を探究していく予定である.
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
2021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, 2021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計画していたが, 2021年度に実施したMCMの数値モデルの開発および鉛直解像度依存性を調べるための数値実験は, 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, 2021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. また, 2021年度内は, 世界的な半導体の供給不足もあり, 希望するスペックの計算サーバーの購入が困難だったことも理由に挙げられる. 2022年度は, 2021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.
|
