次世代スパコンが切り拓く可能性～新しい全球気候モデルから期待されること～

独立行政法人海洋研究開発機構/地球環境変動領域
主任研究員 富田 浩文

お話の内容` なぜ、気候研究に高速なコンピュータが必要なのですか？

観測の重要性と限界` 気候変動予測・天気予報の方法`` 気候研究者が最も頭を悩ませるプロセス`

IPCC第4次報告書から` 現在の最先端研究一部の紹介`

全球雲解像モデルによる雲の直接計算` 現状のコンピュータで満足な結果が得られますか？
`

解像度は？積分時間は？

` 次世代スパコンを使ってどんなことが期待できますか？
`

全球雲解像モデルをフル活用するプロジェクト` 何が新しい知見となるか？
` 社会貢献は？

気象観測 : 地上洋上気象観測
地上 ：アメダス、ドップラーレーダー、ラジオゾンデ

洋上 ：係留ブイ、船からのレーダー観測（http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/kansoku_guide/f2.htm）

気圧、気温、湿度、風向、風速、降水量、積雪の深さ、降雪の深さ、日照時間、日射量、雲等の観測

洋上は熱帯地域等一部に限られている

気象観測 : 静止衛星観測
ひまわり7号（http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/satellite/satellite.html）

http://www.jma.go.jp/jp/gms/imgs_c/0/infrared/1/

気象観測 : 地球周回衛星観測

大気放射、雲分布、降水分布、雲の3次元構造
GSMaP プロジェクト (http://www.rader.aero.osakafu-u.ac.jp/~gsmap/)

観測の限界` 観測の重要性

現象のメカニズムの解明` 現状の把握` 観測は、過去（観測開始）から現在までを網羅`` 観測だけでは天気予報、気候予測が出来ない。

予報・予測は、コンピュータでしか出来ない。
` コンピュータで出来ること` 日々の天気予報` 将来の気候変動予測` もう一つの仮想地球を用意することが出来る。
`` 様々な状況を想定した「実験」が可能

新しい現象の予言
観測開始前の過去の気候の再現天気予報・温暖化予測の方法
数値予報モデル

大気・海洋・陸面を３次元の格子に切る（離散化）格子

U, V, p, T, q, …
各格子で物理量を定義
格子
連立方程式を解く
http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/whitep/1-3-1.html

気候予測問題で最も不確定な要素の一つは雲！

エアロゾルの雲に対する効果
雲の反射率の不確定性が最も大きい

放射収支に対する雲の気候的役割

太陽放射

赤外放射

日傘効果

温室効果

現在の地球温暖化した地球２つの効果のどちらが勝つ？

背の高い雲(積乱雲とかなとこ雲)

日傘効果～温室効果
http://flickr.com/photos/95118988@N00/197143641
Copyright© 2004 VideoWeather & WeatherStreet
http://www.weatherquestions.com/What_causes_thunderstorms.htm

背の低い雲 (層積雲)

日傘効果が卓越http://mmem.spschools.org/grade5science/weather/stratocumulus.html
http://www.aoml.noaa.gov/hrd/Storm_pages/odette2003/photo.html

なぜ、雲がこれほど不確定要素なのか？
` 解像度不足による雲の表現の曖昧性
従来のモデル
雲集団の全体を100kmから20km程度の領域の平均値で代表（積雲パラメタリゼーション）⇒雲の生成消滅を直接計算できなかった` そもそも、、、雲の階層的構造を表現できない！
` 階層構造：一つ一つの雲（～数km）
小規模雲集団（～数100km）
大規模雲集団（～数1000km）
マッデンジュリアン振動（～5000km程度）

一つ一つの積乱雲を直接解像したい！

雲の組織化と階層構造

スコールライン

一つ一つの積乱雲
JAMSTEC MISMO観測

JAMSTEC MISMO観測

クラウドクラスター

ハリケーン
http://www.skyseeker.net/より

コールドプールダイナミクス

スーパークラウドクラスター
及びMJO

画像提供 NASA/

http://earth.jsc.nasa.gov
http://earth.jsc.nasa.gov

全球で直接雲を解像するモデルの試み
NICAM：Nonhydrostatic ICosahedral
Atmospheric ModelIC` 海洋研究開発機構と東京大学気候システムセンターとの共同開発` 計算方法において新しい方法を導入

全球準一様格子の採用
全球への非静力学方程式の適用` 水平解像度は数ｋｍ格子

雲・降水に関するプロセスを直接計算• 降水を伴う強い下降流（コールドプール）を再現できる。
• 階層構造がしっかり再現される

熱帯の大規模雲擾乱(MJO)の再現に成功！
` NICAM3.5km シミュレーション（Miura et al. 2007, Science)` 一つ一つの積乱雲から、MJOまでの階層構造現状のコンピュータで十分ですか？
` 現状（地球シミュレータ上）` 最高解像度3.5km：

積雲のコアは1km程度` 小規模雲集団以上の階層構造はしっかり表せる。
` 一つ一つの雲をあらわに扱うアプローチ

としては、まだ解像度不足
もっと、解像度が欲しい！

More memory!
` 積分時間一週間程度： 気候計算は数１０年程度` 全球雲解像モデルの有効性は実証できた。
` 気候問題を議論するには積分時間が短すぎる

もっと、早いコンピュータが欲しい！

More computer power!

次世代スパコンに期待すること（１）` 次世代スパコン戦略プログラム

分野３：防災・減災に資する気象・気候・環境予測研究
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/` 全球3.5km積乱雲解像モデル

Global_tropical_cyclone_tracks-edit2.jpg

による温暖化時の台風の挙動
規模は大？小？
個数は多い？少ない？
地域的には？
` 温暖化時の世界的な台風ハザードマップ作成` 全球3.5km、1.7km積乱雲解像モデルによる熱帯気象予報研究` モンスーンの挙動予測や数週間後の台風の発生予測は可能か？
` もし、出来れば、国際的社会貢献につながる。

画像提供 NASA/

http://earth.jsc.nasa.gov
http://earth.jsc.nasa.gov

次世代スパコンに期待すること（２）` グランドチャレンジ（次々世代への架け橋）` 理化学研究所、海洋研究開発機構との共同プロジェクト

Æ 真の意味で「全球雲解像」` フル計算リソース` 全球400m格子

1PBメモリー、ピーク性能10PFLOPS` 積分期間：一週間程度` 目的：` 400m全球モデルで、一体何が見えてくるか？
境界層雲の表現向上
積乱雲の精緻な解像による雲力学` フルリソースを使ったときに計算がうまくいくか？
次々世代スパコンへの提言
野田暁氏提供ご清聴ありがとうございました。

NASA (http://dayton.hq.nasa.gov/IMAGES/LARGE/GPN-2000-001097.jpg)