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雲解像モデルによる大規模シミュレーション

 地球シミュレータを用いて、気象の大規模シミュレーションを行っています。一般に気象モデルはa)地球の全域を計算領域とする全球モデルとb)限られた地域を詳細に計算するための領域モデルに大別されます。全球モデルは計算量を節約するため静力学平衡を仮定し、計算量の大きな雲の物理的過程もパラメタライズされています。他方、領域モデルは雲の物理過程が比較的詳細に表現されており、また大気の運動も非静力学的に表現されていることが一般的です。従来の計算資源では、領域モデルの計算範囲は大きくても一辺数千キロメートルでしたが、地球シミュレータの計算能力によってほぼ地球全域を覆う計算が可能になりました。
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図1
本研究では、図1に示すように地球を取り巻く南緯45°から北緯45°までの領域を計算対象とし、水平解像度5kmで計算を行っています。計算負荷の大きい領域モデルを用いた、これほど広い領域の計算は世界でもほとんど例をみないものです。
以下に示す図は、水惑星を用いた10日積分後の計算結果です。図2は降水量の瞬間値です。気象衛星で得られるような赤道の降水域がよく再現されています。
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図2(左)と図3(右)(クリックすると拡大)
図3は計算領域の一部を拡大して気圧と風を示したものです。図4は経度平均した南北方向の質量輸送です。高度12〜13kmでの高緯度側への質量輸送はハドレー循環と呼ばれるもので、従来のシミュレーションでも再現されていました。一方、高度5〜6kmでの高緯度側への質量輸送は、近年熱帯域の詳細な観測によって明らかにされてきたもので、従来のシミュレーションでは明確には再現されなかった現象です。
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図4(クリックすると拡大)
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荒川 隆
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  • 東北大学 1982-1989
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