研究会報告：：（数値モデル；非静力学；ワークショップ)

第９回非静力学モデルに関するワークショップの報告

里村雄

彦 ・國井勝 ・安永 数明竹見哲也 ・野田暁 ・重尚

一

１．はじめに（ http://www‑clim.kugi.kyoto‑u.ac.jp/clim/

2007年９月13〜14日に第９回非静力学モデルに関す

9thNHM WS.html）に公開してあるので，詳しい発るワークショップ（主催：日本気象学会非静力学数値表内容はそちらを参照していただきたい．

モデル研究連絡会）が京都大学理学部で開催された．
本ワークショップは，高精度非静力学モデルを利用した気象および気候研究の推進・力学フレームの開２．セッション概要
2.1 全球非静力学モデル

発・物理過程パラメタリゼーションの開発に関する情彭・高橋（地球シミュレータセンター）は，陰陽グ報交換をする場として，最初は有志グループが，2001

リッド系を用いた非静力学モデルである MSSG を，年の第３回からは気象学会の組織としての非静力学数

水平格子間隔を20km，5km として梅雨期の事例に値モデル研究連絡会が主催して毎年開催されている．

適用した結果について紹介した．M SSG は変数配置

これまでの開催状況については，前回のワークショッに M ‑grid，水物質の移流項に保存性を保障しつつ格プ報告（斉藤ほか

子内の分布を近似して計算する保存型 CIP 法を実装

2007）に詳しいので，参照して欲

しい．

している．結果としては，20km の実験では梅雨前線

今回は総計69名の参加と32件の発表があった．窮屈

帯の降水分布が観測とよく一致したが，5km ではあな日程であったため時間管理を厳しくしたが，20分のまりよく再現されなかった．物理過程の検証や初期値持ち時間を一杯に使って発表と活発な議論が行なわの精度向上が今後の課題である．

れ，現在の日本の非静力学モデル関連の基礎から応用

佐藤（東大気候システムセンター/地球環境フロンまで最先端の研究を網羅したワークショップとなっティア研究センター）ほかは，開発中の非静力学正20た．以下では，各セッションの座長によるセッション

面体大気モデル NICAM の開発の現状について包括概要を紹介する．

的な報告をした後，MTSAT‑1R の Tbb と NICAM

なお，本ワークショップの講演要旨がホームページの OLR（外向き長波放射）との対応付けによる積雲クラスターのサイズ解析について論じた．NICAM はReport on the 9th Workshop on Non‑hydrostatic

小さいサイズの雲の表現が不十分であるが，海洋大陸

M odeling.

域の雲サイズの日変化は観測によく対応していること

Takehiko SATOMURA, 京都大学大学院理学研究科．

を示した．

M asaru KUNII, 気象研究所台風研究部．
Kazuaki YASUNAGA, 地 球 環 境 観 測 研 究 セ ン

は，NICAM を用いた熱帯低気圧の再現実験について

ター．
Tetsuya TAKEM I, 京都大学防災研究所．
Akira T. NODA, 地球環境フロンティア研究セン
ター．
Shoichi SHIGE, 大阪府立大学大学院工学研究科．
Ⓒ 2008 日本気象学会
2008年 2月柳瀬（東京大学気候システム研究センター）ほか報告した．積雲対流パラメタリゼーションを用いずに，水平格子間隔14km で実験を行った．最盛期における中心部の眼や壁雲の構造を再現できた事例もあったが，一方で熱帯低気圧の発生数が過小評価されるという問題もあった．積雲対流パラメタリゼーションの使用，モデルの高解像度化などが検討課題である．
33

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第９回非静力学モデルに関するワークショップの報告

三浦（地球環境フロンティア研究センター）ほか

あり，2008年の北京オリンピックに合わせて各国気象は，NICAM を 用 い た マッデ ン ジュリ ア ン 振 動機関が短期予報に関する国際比較実験を行って技術情（MJO）の再現実験について報告を行った．NCEP の報を共有することが目的である．気象庁は北京周辺の解析値を初期値にした水平格子間隔 7km で実験を行36時間までのメソスケールアンサンブル予報を行ってい，インド洋から SPCZ にかけての M JO に伴う積雲予報結果の比較やアンサンブル技術の情報交換を行う

活動の活発域の東進を再現した．この理由として，大プロジェクト（RDP）に参加している．来年度に向規模な現象が M JO の再現には支配的であり，それがけた準備として，北京域においてメソ解析を実行できモデルで表現できたためと結論付けた．

るような環境など，実験環境の構築はほぼ終了した．

富田（地球環境フロンティア研究センター）ほか

瀬古（気象研究所）ほかからは連続した２件の講演は，開 発 中 の NICAM に お け る 雲 微 物 理 ス キームがあり，WWRP 北京2008予報実証実験/研究開発プ

NSW 6（NICAM Single‑moment Water 6）についロジェクトの予備実験として2007年夏期に行われた予て報告を行った．NSW 6は Lin タイプのス キーム を報結果と，開発システムを日本域に適用した場合の結簡略化したもので，計算効率が良い．スコールライン

果について報告された．WWRP 北京2008予報実証実の テ ス ト ケース に よ る 検 証 実 験 で は， W RF

験/研究開発プロジェクトに参加している各機関のモ（Skamarock et al. 2005）で採用されている Linデルによる降水や地上気温のパターン比較を行い，中（Lin et al. 1983）タ イ プ の ス キーム と 同 等 の パ

国気象局（CM A）で降水パターンが広く拡がってしフォーマンスを示した．格子間隔によるチューニング

まうことや，JM ANHM で地上の最高気温が低めにが今後の課題である．

予報されることが確認された．このプロジェクトの目三井（東京大学気候システム研究センター）ほか

的は，あくまでも研究者間の情報交換であり，モデルは，NICAM にエアロゾルモデル SPRINTARS を組の優劣を競うコンテストではないとのことであった

み込み，エアロゾルの雲に及ぼす効果について報告しが，今回の予備実験での各機関のモデルによる降水予た．今後は，放射強制力への影響が強いと見られる雲報の大きな違いを考えると，今年の北京オリンピック量を評価するために，まずは定義を見直し，格子間隔中のプロジェクト担当者の気苦労は多そうだ．また日の問題やエアロゾルの影響を詰めていく予定である．

本域の適用に関しては，台風の日本列島通過事例に対野田（地球環境フロンティア研究センター）ほかして，アンサンブル予報による予報精度向上が確認では，NICAM の下層雲の再現性を検証するため，水平きた．

分解能14km の実験を行った．乱流拡散係数の計算に三浦（気象庁）は，2007年５月に更新した新メソ数

Mellor and Yamada（1982）の部分凝結法と Na-値予報モデル（M SM ）の予報精度の検証と，更新前kanishi and Niino（2004）による乱流長さスケールの旧 M SM ，領域モデル（RSM ）との精度比較を，を導入することにより，亜熱帯域における下層雲の空2006年７月から2007年６月の１年間を対象に行った．

間分布が改善されたことを示した．今後は，長期的な降水に関しては，新 M SM は旧 MSM よりも改善傾再現性についての検証及びモデルの改良を行っていく

向を示し，RSM よりも精度が良かった．新 MSM のとのことであった．

冬期における強雨の予報頻度は山岳で過剰，日本海側(國井勝)

平野部で過小評価であった．地上の気象要素に関して2.2 気象庁モデル開発と検証

も，新 M SM は夜間を中心に改善し，ゾンデを用い

本 セッション で は，気 象 庁 の 非 静 力 学 モ デ ル

た高層の気象要素に関しては，旧 M SM や RSM と同（JMANHM ）を用いた予報やデータ同化に関係した程度であった．新 M SM では，予報時間が33時 間 に９件の発表があった．

延長されているが，予報後半での極端な予報精度劣化

國井（気象研究所）ほかは，WWRP 北京2008予報は見られなかった．

実証実験/研究開発プロジェクトの2007年夏期に行わ中村（気象研究所）ほかは，2006年の夏期，関東領れた予備実験の概要について紹介した．WWRP 北京域を対象にして，JMANHM の格子間隔を 5km，12008予報実証実験/研究開発プロジェクトとは，世界km，250m と変えた比較実験の結果を示した．降水気象機関天気研究計画（WMO WWRP）の下で実施

強度別頻度分布に関しては，250m，1km で似たよされている短期予報に関する国際研究プロジェクトでうな分布を示すが，5km では，強雨の頻度が減少し34〝天気" 55．2．

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た．境界層に関しては，分解可能な乱流スケールの違成田（気象庁）は，水平格子間隔 5km で運用していが原因で，水蒸気の鉛直輸送に大きな差が現れていいる現業の M SM による降水予測の精度の向上を目た．雲の生成に関しては，1km 格子間隔の方が250指した KF スキームの改良に関する発表を行った．こm 格子間隔よりも雲水量が多くなった．幾つかの検れまで，KF スキームの導入により弱い雨の過小，強証では，格子間隔による系統的な結果が出なかった

雨の過剰評価を改善できるが，梅雨期に地形に沿ったが，5km 格子間隔だけ Kain‑Fritsch の 対 流 パ ラ メ

不自然な降水予測や格子スケールの対流の発生というタリゼーション（KF）スキームを使用していること問題点が指摘されてきた．今回，上昇流の水平平滑が一因かもしれない．

化，対流によって消費される CAPE の割合を調整，竹之内（気象庁）ほかは，JM ANHM をベース と上昇流から除去される凝結物の変換方法の変更，上昇した水平格子間隔２ km 程度の高分解能局地モデル流の発生の判定方法の変更といった変更を加えること（LFM ）の開発に関する発表を行った．地上のアメダで，不自然な降水の抑制がある程度出来ることが示さ

スの風速や気温の観測値も同化している点が，現業のれた．

(安永数明)MSM との大きな違いとして挙げられた．雨の予報精度に関しては，強雨の精度が上がった一方で，弱い雨2.3 雲と降水の表現が現業 M SM よりも劣っていた．気温に関し

本セッションでは，前半に雲・降水の力学・微物理ては，地上気温の同化により改善が見られたが，風速過程に関する講演が４件，後半に雲と地表面との相互に 関 し て は 同 化 を 行って い る に も か か わ ら ず 現 業

作用に関する講演が３件あった．

MSM と差が見られなかった．実況にない格子スケー

加藤・林（気象研究所）は，九州・四国地方の梅雨ルの降水を抑制するために，KF スキームを使用して期を含む 5‑7月の積乱雲の発達高度を雲解像シミュいることに個人的には驚いた．これは，水平格子間隔レーションによって求め，LNB による雲頂高度の診２ km でも積雲対流の表現に不十分であることを意味

断の有効性について議論し，傾圧性が強い場合の診断するのか，雲微物理や乱流といった物理過程のパラメに工夫が必要であると指摘した．また総降水量への発タリゼーションの改善の必要性を意味するのか，今後達高度別の寄与率は，高度 5km 未満の場合の降水がの研究が待たれる．

最も高くなることを示した．井口（東京大学）らは，三好（気象庁）からは，アンサンブル・カルマン

JMANHM にヘブライ大学雲モデルのビン法雲微物フィルタ開発の最近の進展報告があった．衛星による理モデルを組み込み，船舶搭載レーダーライダーによ

放射輝度観測データの同化に関して，新しいバイアスる海上の観測値によりモデル計算結果の検証を行っ補正手法の開発により，全球モデルの予報スコアの改た．層雲が列状に並ぶ場合で検証した結果，モデルで善が示された．ここで紹介された放射輝度観測データは雲が塊状に形成される傾向にあることを示した．雲の同化手法は，JM ANHM をはじめとした様々な非物理過程だけでなく総観場の再現性にも課題があるよ

静力学モデルにも低コストで応用可能であり，今後うである．安永（地球環境観測研究センター）らは，は，自前の非静力学モデルに実際の衛星観測データを著者らが Melting Layer Cloud と名付けた熱帯海上同化しながら，様々な現象のメカニズムを解明するよでの融解層高度付近の雲層の生成過程を２次元で理想うな研究も進んでいくと考えられる．

化した条件での感度実験によって調べた．その結果，川畑（気象研究所）ほかは，JMANHM を ベース

中層の雲層の形成には融解過程が最も重要であり，安にした４次元変分法データ同化システムの開発に関し定層の影響は第一義的ではないと結論した．重（大阪て，ドップラーレーダによる動径風，GPS 可降水量，府立大）らは，TRM M 降雨レーダによる降水の鉛直地上風，地上気温，レーダ反射強度の同化実験結果に構造の観測値から潜熱加熱プロファイルを推定するアついて発表した．首都圏豪雨をもたらした線状降水帯ルゴリズムを３次元モデル計算（水平格子間隔 2km）の再現にほぼ成功し，その成功は今回の設定では，による参照テーブルを用いて適用し，２次元モデルにレーダ反射強度の同化が最も重要な役割を果たしていよる解析との比較を行った．３次元計算の方が加熱た．今回は降水パターンの再現性に関する発表であっピークの高度が高く見積もられる傾向にあり，２次元たが，再現性向上により予報がどの程度向上するの解析の場合の方がより観測に近い結果が得られ，３次か，個人的には非常に気になるところである．

元計算では水平格子間隔が重要であると指摘した．

2008年 2月

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第９回非静力学モデルに関するワークショップの報告

セッション後半では，まず高橋（地球環境フロンパ ラ メ タ リ ゼーション ス キーム（ Smagorinskyティア研究センター）がインドシナ半島での降水の日model,Deardorff model,Two‑part model,Dynamic変化を調べた結果について報告した．タイ内陸北東部

Smagorinsky model）の試験を試みた．そしてモデの夜間の降水ピークに注目し，TRM M 降雨レーダ観ル間の振舞いの違いについて論じた．余（東北大学）

測を用いてモデル計算の妥当性を確認した上で，そのは成層風洞実験設定を基に，5mm の微細計算格子を降水ピークの物理過程を調べ，下層の南風が夜間に強用いた建物模型解像 LES を行った．そして物体周辺化されることで収束が強まり降水が生じることを示しの熱構造について比較解析を行うことで LES モデルた．石川（京都大学）らは，雲解像モデルと海洋表層の精度検証を試みた．山崎と里村（京都大学）は水平モデルを結合した高分解能モデルを用い，熱帯積雲活格子間隔数100m の超高解像度大気モデルにおける急動の海面水温に対する依存性を調べた．水温29℃以上

峻な地形を表現することに適している shaved‑cell 法の場合に積雲活動が活発化することを示し，この分岐を用いた z 座標系２次元非静力学ドライモデルの開発

は淡水フラックス（降水）と海面熱フラックスとの大を行った．また，CFL 条件による時間ステップの制小から決まる海洋表層の熱容量のバランスによること約を緩和させるために結合セルを用いた方法を提案しを明らかにした．川瀬（地球環境フロンティア研究セ

た．山岳波比較実験の追試結果から z 座標系で発生ンター）らは，中国内陸部半乾燥地域における雲の日する計算ノイズを有効に軽減できることを示した．

変化について調べ，灌漑の影響について議論した．灌当セッションでは，基礎から応用に亘る数値モデリ

漑の効果は，土壌水分を変化させる感度実験により評

ング技術開発の紹介とともに，野外実験，室内実験と価した．土壌が湿潤なほど上空には雲が出現せず周囲の効率的な連携を図る試みも報告されるなど，より精に雲が発達する様子が再現された．灌漑地域と周囲の度の高い数値モデル開発に向けて大きく前進している地形との間で形成される局地循環により灌漑地上空でという印象を受けた．

(野田暁)

は下降流となるため雲の形成が抑制されることを示した．

(竹見哲也)

2.5 物質輸送
竹見（京大防災研）は，中国ゴビ砂漠南部で観測さ2.4 境界層・乱流・局地現象れた晴天時の日変化の事例（Yasui et al. 2005）を岩崎（東北大学）らは清川だしのドップラーライ

対象とした乾燥・湿潤対流および物質輸送の高解像度ダーを始めとする野外観測と高分解能領域モデルとのシミュレーションについて発表した．晴天時の混合層比較解析から，大気下層に存在する臨界層がだし風のの発達は日の出前の安定度の構造に大きく影響され，強化に寄与している可能性を示した．また，仙台湾か前日の混合層の残余層が接地逆転層上部に存在する場

ら侵入する海風前線の観測例などからドップラーライ

合，圏界面まで達する積乱雲が発達し，ダストの鉛直ダーを用いた大気境界層研究への期待を示すとともに輸送が活発に起こることを示した．清野（気象研究

今後の数値実験との連携について述べた．青柳と清野所）ほかは，タリム盆地における黄砂輸送と浅間山噴（気 象 研 究 所）は JM ANHM に 導 入 す る 単 層 都 市

火時における降灰を対象とした JM ANHM による大キャノピーモデルの開発について報告した．熱伝導方

気移流拡散シミュレーションについて発表した．前者

程式に基づく物体の温度を予測する手法を用いること

では，総観場の影響下で地形に結びついて発達した複で現実的なパラメータを導入したビルの表面温度の予数の異なる風系が長期間のダスト浮遊の要因となって報可能性を示した．また，物体による日陰域の時間変いることが示され，後者では，降灰域の特徴は概ね再動を考慮した結果を示した．飯塚と近藤（産業技術総現できているものの，降灰量の予測値が観測値に比べ合研究所）は植生キャノピー乱流の LES を試みるたて少ないことが示された．庭野（地球環境フロンティ

めに RANS で使用される渦粘性モデルをキャノピー

ア 研 究 セ ン ター）ほ か は，WRF と on‑line を 結層へ応用したハイブリッド型モデルを提案した．そし合した WRF/Chem を用いた全球‑領域化学輸送モデて RANS モデルと LES モデルの切り替え位置付近

ル（Takigawa et al. 2007）の評価について発表しの扱い等，現実的な LES モデルの開発に関わる展開

た．差分吸収型ライダー（Nakazato et al. 2007）について論じた．北村（気象研究所）は GABLS での対流圏オゾン観測データとの比較から，モデルは観提案されている安定境界層の環境場を用いて LES の測結果と概ね一致しているものの，1.5km 以下でモ36〝天気" 55．2．

第９回非静力学モデルに関するワークショップの報告

デルが過大評価，1.5km 以上で過小評価しており，地表オゾンの増加・減少が遅れる傾向が判明した．
(重尚一)

３．おわりに今回は発表32件となり，初日の朝から２日目の夕方

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LES：Large Eddy Simulation
LNB：Level of Neutral BuoyancyNCEP：National Centers for Environmental Prediction
RANS：Reynolds‑Averaged Navier‑Stokes
SPCZ：Southern Pacific Convergence Zone
TRM M ：Tropical Rainfall M easuring M ission

まで非常に窮屈な日程となった．これ以上発表件数が参 考文献増えると，これまでの２日間１会場という方式のまま

Lin, Y.L., R.D. Farley and H.D. Orville, 1983：Bulk

では充分な発表質疑時間を確保できなくなりそうである．日程を延ばすなりの対策が必要になりそうだ．まparameterization of the snow field in a cloud model.
J. Climate Appl. M eteor., 22, 1065‑1092.

た，窮屈な日程のため，今回は最後に総合討論の時間

M ellor, G.L. and T. Yamada, 1982：Development of aを充分確保できなかった．しかし，短い時間だったがturbulence closure model for geophysical fluid problems. Rev. Geophys. Space Phys., 20, 851‑875.

今後の本ワークショップの運営について話し合い，隔年でも良いから国際ワークショップにする可能性を探ることとなった．また，次回は名古屋で行なう予定になっていることも紹介された．
本ワークショップが始まった世紀の変わり目の頃
は，世界の数値予報センターにおいて非静力学モデルを現業予報に使用するための模索が行なわれていた時で あ り，そ の 後 の モ デ ル 界 に イ ン パ ク ト を 与 え た
NICAM も基礎骨格（格子系や力学フレーム）開発の途についたばかりの時である．第９回となった今回は全球非静力学モデルと気象庁非静力学モデルの開発・検証とで丸１日のセッションが構成されるなど，当時開発中であったモデルを用いた成果が次々と発表され，新モデル開発の１サイクルが終わった感がある．
しかし，それは即ち次世代・次々世代モデルの議論を始める時でもある．今回提案された国際ワークショップ開催の実現なども含め，今後のワークショップでの新たな議論の展開に期待したい．

(里村雄彦)

略語一覧
CFL：Courant‑Friedrichs‑Lewy
CIP：Constrained Interpolation Profile
GABLS：GEWEX Atmospheric Boundary Layer Study

2008年 2月

Nakanishi, M . and H. Niino, 2004：An improved M ellor‑Yamada level 3 model with condensation
physics：Its design and verification. Bound.‑Layer
Meteor., 112, 1‑31.
Nakazato,M .,T.Nagai,T.Sakai and Y.Hirose,2007：
Tropospheric ozone differential‑absorption lidar
using stimulated Raman scattering in carbon dioxide.
Applied Optics, 46, 2269‑2279.
斉藤和雄，岩崎俊樹，佐藤正樹，本田有機，加藤輝之，栗原和夫，余偉明，新野宏，2007：第８回非静力学モデルに関するワークショップの報告．天気，54，255‑
260．
Skamarock,W.C.,J.B.Klemp,J.Dudhia,D.O.Gill,D.
M. Barker, W. Wang and J.G. Powers, 2005：A
description of the Advanced Research WRF version 2.
NCAR Technical Note, NCAR,（468), 88pp.
Takigawa, M ., M . Niwano, H. Akimoto and M . Takahashi, 2007：Development of a one‑way nested
global‑regional air quality forecasting model.SOLA,
3, 81‑84, doi：10.2151/sola.2007‑021.
Yasui,M .,J.Zhou,L.Liu,T.Itabe,K.M izutani and T.
Aoki, 2005：Vertical profiles of Aeolian dust in adesert atmosphere observed using lidar in Shapotou,China. J. M eteor. Soc. Japan, 83A, 149‑171.

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