雲解像モデルCReSS の紹介～2018年1，2月の降雪シミュレーション結果～
加藤雅也
名古屋大学
宇宙地球環境研究所

内容
1.
2.
3.
4.
5.

CReSS の紹介
日々のシミュレーション
今年の降雪の再現性の検証
利用例まとめ

雪雲の再現 ― どちらが衛星画像か分かりますか?
13:30 JST 29 JAN 2011

衛星（可視画像）

CReSS (Δx=500m)
Grid Numbers 1883x1803x47
Grid SizeΔx=500mΔz=300m(80m)

CReSS（Cloud Resolving Storm Simulator)
非静力学・雲解像シミュレーションモデル
台風、竜巻、豪雨、豪雪、スーパーセル、積乱雲などのシミュレーション
開発者：坪木和久・榊原篤志
1998年：開発開始
2002年：Ver.1(振興調整費：住教授)
2007年：Ver. 2 (HyARC共同研究)
2011年：Ver. 3(革新プログラム：坪木)

国内外の対抗するモデル
MRI-NHM(気象庁）
WRF(NCAR)
ARPS(U. of Oklahoma)

国内利用機関・組織 ：京大防災研、東大、東北大、山梨大、岩手大、福島大、会津大、京都産業大、愛媛大、長崎大、酪農学園大、JAMSTEC、防災科研、土木研、国土地理院、東京海上日動、明星電気、東芝、中電CTI他。
国外利用国
カナダ、台湾、韓国、中国、バングラデシュ、ベトナム他。
主要プロジェクト・プログラム
21世紀気候変動予測革新プログラム（文部科学省）
国土交通省XバンドMPレーダプロジェクト（国土交通省）
気候変動リスク情報創生プログラム（文部科学省）、 他
主要論文 （CReSSを用いた査読付論文 21編）
Tsuboki, K and A. Sakakibara, 2002:High Performance Computing
Iwabuchi, H. and K. Tsuboki, 2004: Journal of Visualizations (SGI賞)
Akter, N. and K. Tsuboki 2012:Monthly Weather Review

The Japan Time (2009.9.8)
革新プログラムの成果の記事

CReSS における雲物理過程

水蒸気雲水（混合比）

氷晶(qi, Ni)
雪（降水）(qs, Ns)

雨（降水）
（混合比）

霰（降水）
(qg, Ng)

CReSS による日々のシミュレーション実験
06Z

12Z

GSM(Δx=20km)

http://www.rain.hyarc.nagoya‐u.ac.jp/~kato/result/
12Z・ 2005年より継続的に実施。
・ 格子間隔2 km は2012年11月以降
Grid Numbers

1173x1403x35

Grid SizeΔx=2.0kmΔz=550m(lowest 100m)

Computer

42nodes (336cores)(Xeon® X5570 2.93GHz – 16nodes)(Xeon® X5660 2.80GHz – 16nodes)(Xeon® E5-2667 2.90GHz – 10nodes)
Computational Time 7.5 hours

18Z(3.5days)

00Z(36hours)

事例１： 2018年2月6日

気圧・降水強度・地上風

雨(R)・雪(S)・あられ(G)判別事例１： 2018年2月6日 ( 2/6 9:00 – 2/7 9:00 )
レーダー

CReSS
Δx = 2 km〇 観測
MSM
Δx = 5 km

CReSS
Δx = 5 km

事例２： 2018年1月12日 ( 1/12 9:00 – 1/13 9:00 )
レーダー

CReSS
Δx = 2 km〇 観測
MSM
Δx = 5 km

CReSS
Δx = 5 km

24時間降水量の検証(2018年1月1日～2月21日)

観測点：
新潟県から京都府の日本海側の府県（全66点）
観測点に最も近いCReSS 格子点で検証

N = 3339
R = 0.7

事例３： 2018年1月22-23日

2018年1月21日21時初期値

雨(R)・雪(S)
あられ(G)
判別

2018年1月22日21時初期値

事例３： 2018年1月22-23日

2018年1月21日21時初期値

地上気温2018年1月22日21時初期値

日々のシミュレーション実験の利用例
下向き短波放射(日射量)

風のエネルギーフラックス

太陽光発電・風力発電等のアセスメントに利用日々のシミュレーション実験の利用例 （河川流量シミュレーション）

まとめ名古屋大学宇宙地球環境研究所では雲解像モデル CReSSの開発を行い、日本全域をカバーする領域で毎日の気象シミュレーションを格子間隔 2 km で実施している。
http://www.rain.hyarc.nagoya‐u.ac.jp/~kato/result/■ 2018年1，2月の日本海側の降水現象を精度よく再現■ 南岸低気圧に伴う関東の降雪＞ 低気圧とそれに伴う降水はよく再現＞ 降雪ではなく降雨(またはみぞれ)として再現

まとめ名古屋大学宇宙地球環境研究所では雲解像モデル CReSSの開発を行い、日本全域をカバーする領域で毎日の気象シミュレーションを格子間隔 2 km で実施している。
http://www.rain.hyarc.nagoya‐u.ac.jp/~kato/result/■ 過去の結果を閲覧可能 (研究室 Web より)■ 地上・上空のデータ共に1時間という高頻度な出力間隔■ 5年以上の蓄積があり、事例解析用途だけではなく長期的な解析も可能■ モデルの生データ提供のため、研究・応用どちらの用途にも使用可能■ 非常に単純な書式(単純バイナリ)の出力のため、比較的扱いが容易

2011年1月29日の事例の超高解像度シミュレーション動画
Δx = 250 m
出力間隔 2分

雲解像モデル

Cloud Resolving Storm Simulator“CReSS”
雲スケールからストームスケールの現象のシミュレーションを地球シミュレーターなどの大規模並列計算機で行うことを目的とした雲解像領域気象モデル。
大規模並列計算機に最適な純国産の雲解像領域モデルを開発することを目標として、1998
年よりCReSSの開発を行なってきた。

MSM(業務支援センター配信分)と CReSSの出力データの比較
MSM

上空

CReSS

約10 km、３時間毎

2 km、１時間毎

16層

32層

風、気温、高度、相対湿度

風、温位、圧力、水蒸気混合比
凝結物質(雲水・雲氷、雨、雪、あられ)混合比
凝結物質(雲氷、雪、あられ)数濃度
乱流運動エネルギー

地上約5 km、１時間毎

2 km、１時間毎

気圧(海面更生、地上)

地上気圧

風、気温、相対湿度、雲量

風、温位、水蒸気混合比、雲量

時間降水量

凝結物質(雲水、雲氷、雨、雪、あられ)別
時間降水量、降水強度
長波、短波放射潜熱・顕熱
運動量、熱、水蒸気フラックス

容量280 MB136 GB (上空 129 GB、地上 7 GB)

書式

GRIB2

単純バイナリ事例１＊： 2018年2月6日 ( 2/6 9:00 – 2/7 9:00 )
レーダー

CReSS
Δx = 2 km〇 観測
MSM
Δx = 5 km

CReSS
Δx = 5 km

事例２＊： 2018年1月12日 ( 1/12 9:00 – 1/13 9:00 )
レーダー

CReSS
Δx = 2 km〇 観測
MSM
Δx = 5 km

CReSS
Δx = 5 km

事例３： 2018年1月22-23日

2018年1月21日9時初期値

MSM
地上気温

2018年1月22日0時初期値

事例１： 2018年2月6日

豪雨の再現(平成23年7月新潟・福島豪雨)

Δx = 0.75km

X-RAIN データ同化の取り組み
観測 (気象庁Radar)

CReSS結果 (Δx=1 km)

X‐RAIN のデータを同化しないで実行した結果

X-RAIN データ同化の取り組み
観測 (気象庁Radar)

CReSS結果 (Δx=1 km)

X‐RAIN のデータを同化を行って実行した結果

日々のシミュレーション実験の利用例
JMA-RADAR

CReSS (ASSM)

CReSSで計算された降水量データを河川流出モデルの入力値として使用（淀川領域は現在 Web で閲覧可能）※ 使用河川流出モデル： 京都大学工学研究科開発 1K‐DHM
http://hywr.kuciv.kyoto‐u.ac.jp/products/1K‐DHM/1K‐DHM.html

[Area] 各河川流域の平均5日降水量の比較 ( 2013/06 – 2015/12 )CReSS の計算誤差の原因
1. 降水現象を表現失敗
2. 位置ずれ
3. 時間ずれ■ CReSS による日々のシミュレーション実験
による領域・期間降水量は観測を比較的によく再現。 → 降水現象はよく再現■ レーダー降水強度において、関東の河川流域においてやや過小評価する傾向。

[1 vs 1] 地上観測点との比較 ( 2013/06 – 2015/12 )解析雨量レーダー降水強度

CReSS

6時間
雨量

24時間
雨量

1時間
雨量

3時間
雨量

全観測点数： 153地点
ビンサイズ： 1 mm