気象・気候変動現象の予測とハイパフォーマンスコンピューティング

高橋桂子（独）海洋研究開発機構 地球シミュレータセンター

山形俊男先生（アプリケーションラボ・JAMSTEC)

世界の主な気象災害分布図（1998～2004年）

２００３冷夏、
２００３，６，７猛暑 ２００４猛暑（エルニーニョもどき）
２００６西日本猛暑（ダイポール）
２００７猛暑（ラニーニャ）
２００６ダイポール洪水
２００６ダイポールモード旱魃
２００６エルニーニョ旱魃

２００４，
２００５ハリケーンカトリーナ
１９９８エルニーニョ
２００４
ハリケーン
カタリーナ

山形俊男 教授
（アプリケーションラボ・JAMSTEC)

2006年オーストラリア百年来の旱魃
ダイポールモード現象

Bush fires during
Sep-Nov 2006

Forecast Results of Heavy Rain in Brazil 2011

エルニーニョ（ラニーニャ）現象とエルニーニョ（ラニーニャ）もどき現象
山形俊男 先生（アプリケーションラボ・JAMSTEC,)

エルニーニョ

エルニーニョもどき

地球規模の気候変動への影響ラニーニャ

ラニーニャもどき(Ashok and Yamagata, Nature, 461, 481-484, 2009)

結合モデルSINTEX-Fによる熱帯気候変動予測実験

Nino3.4 SSTA index(1982-2001)

Jin et al. 2008, J. Climate (in press); also APCC CliPAS Report in 2007

2004 年の猛暑と台風災害
Flood

山形俊男 教授（アプリケーションラボ・JAMSTEC)

Strong Wind平成16年台風第18号
High Tide

平成16年台風16号 四国新聞社

平成16年台風第18号 北海道新聞社
Landslide平成16年台風第23号 神戸新聞

気象庁気象研 室井ちあし氏資料より転載

全球/領域対応・非静力学・大気海洋結合モデル
Multi-Scale Simulator for the Geoenvironment (MSSG）
超詳細な都市気候モデルによる未来の都市設計
気候変動をとらえ、都市気候の変化を予測する
全球：気候変動予測モデル

全球，領域から都市スケールまでをシームレスに連成し
気候変動から都市気候までを約2km～10 km, 約100層同一モデルで、同時にシミュレーション可能な雲解像・大気海洋結合モデル：
領域：メソスケール現象

予測モデル
約100m ～約2km, 約100層

超詳細な都市気候モデル
数m～数100m, 約200層

MSSGの特徴：
 大気境界層や成層，降雨・雲等の水物質生成プ
ロセス，3次元放射プロセス，乱流(LES)を統合した全球と領域の両方に対応可能な
大気・海洋連成 Adaptive Mesh Refinementのよる動的スケール変換を採用
 人工排熱、建造物素材の設定など豊富なオプション

大手町・有楽町域のシミュレーション（５ｍメッシュ）Results fromMSSG
onGoogle Earthリアルなヒートアイランドの再現と豪雨予測

都市の気候の変化の実態
ヒートアイランド現象による環境影響に関する調査委報告書（概要）

主な大都市及び中小都市を平均した
年平均気温‐環境省環境管理局大気生活環境室‐

東京と周辺部の日最低気温の年平均値の変化（5年移動平均）(出典：気象庁年報2001より作成）
注）1900年から1909年の10年間の平均値を基準として基準値からの上昇分を示した。

(出典：20世紀の日本の気候，気象庁より

都市型集中豪雨か？
3℃/ 100 years

Tokyo

Choshi-city

0.7℃/ 100 years

Global2005年9月4日における
東京集中豪雨域のレーダー画像

東芝エレベータ(株）FortuneDesign(07/2006)より

国立環境研究所 林誠二主任研究員－東京都における降雨状況・浸水被害状況の変化－
豪雨は増加傾向、且つ一部地域に集中

過去15年間で時間50mm以上の豪雨の観測回数、延べ観測点数とも顕著な増加
50mm以上
3～4回
5～6回
7回以上

豪雨の発生分布状況（1kmメッシュ）（過去15年（H3～H17）

浸水被害は質的に変化、且つ一部地域に集中
水害密度（一般被害額/浸水面積）の上昇→過去１５年間で５倍に気候変動がこの傾向に拍車をかける
可能性大

過去15年平均
10億以上/年
5億以上/年
1億以上/年時間50mm以上の発生回数5回以上/15年

流域別浸水被害額の分布Hindcast Simulation with Urban Canopy Layer Model in MSSGTokyo Heavy Rain in 2005

Obaservational DataSimulation Results

Organized/rapid cloud development can not be seen in simulations

日付(日本時間)
Date

06Z05JUL2096

22Z15AUG2092

07Z27JUN2088

50350

40300

30
頻度

90

05Z23JUL2094

100

21Z11JUN2082

23Z14JUL2015

降水量 [mm/h]
Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（ｍｍ/h)
20200

101500100

09Z16JUL2024

04Z04JUL2033

05Z17JUL2033

15Z20JUN2017

08Z29JUN2038

10Z16JUL2024

19Z14JUL2015

03Z17JUL2033

06Z04JUL2033

07Z29JUN2038

05Z04JUL2033

04Z17JUL2033

19Z29JUN2023

20Z14JUL2015

18Z29JUN2023

08Z04JUL2037

06Z29JUN2038

21Z14JUL2015

22Z14JUL2015

4030
頻度

90

17Z13JUL2098

04Z29JUN2088

06Z30AUG2087

08Z05JUL2096

02Z05JUL2078

03Z06JUN2083

07Z05JUL2096

01Z17JUL2080

03Z14JUL2089

03Z29JUN2088

02Z06JUN2083

01Z14JUL2089

02Z14JUL2089

08Z15JUN2079

02Z17JUL2080

降水量 [mm/h]
Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（ｍｍ/h)
100

2015-2039
500

80

450

70

400

6050350

2075-2099

80

70

450

60

20200

100100500

2015-2039

392

300

250
126
68503669

1933

100500433

1461403010-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100
降水量 [mm/h]
Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（ｍｍ/h)

Date
日付(日本時間)

2075-2099

400

250
190

150
69

0

10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100
降水量 [mm/h]
Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（ｍｍ/h)エルニーニョ現象を現象を予測する
地球温暖化が進む中で、気候変動が影響を受け、その状況下でのアンサンブルの予測実験精度の相互比較（エルニーニョ現象）

SINTEX-F1(予測モデル）による
熱帯起源の局地的な、身の周りの環境に直結する気候変動現象の気象や気候のがどう変化するかを予測
予測精度は世界一

さらに、• 2011年の日本の豪雪、2010年～2011年にかけて発生したオーストラリアやブラジルの洪水
予測“しっぱなし”ではダメ、予測に成功

予測結果をどう活用するか？
活用できる予測とは何か？

ヒートアイランドと豪雨に影響を与えると考えられる要因

3次元氾濫シミュレーション

林 誠二主任研究員（国立環境研究所）

下水管渠水理解析（１次元）＋地表面洪水氾濫解析（２次元）

高精度・高解像度な地表面情報の整備（数値標高：1m，航空写真：20cm解像度，建物・土地利用現況：縮尺1:2,500，・・・）
シミュレーションの実施
結果の１例：計画降雨を入力データとした神田川落合崖線下での氾濫計算結果
石神井川

１.5時間後
2.5時間後
2時間後
3時間後
西武新宿線

神田川

入力降雨

神田川
東京都計画降雨50mm/h

山手線

今後の展開：
モデルの検証・緑地整備による貯留効果の検討⇒適応策（新たな都市整備、公園緑地整備）構築へ貢献する。

緑化による浸透機能の反映が降雨流出に及ぼす影響
林 誠二主任研究員（国立環境研究所）

妙正寺川への流出量計算結果

おとめ山公園周辺域

05

排水区域面積：44ha(浸透域35%、不浸透域65%)2040

流出水量（m3/s)

432

固定流出係数-20%

土壌浸透モデル

6080

総流出水量
固定流出係数法 211m3
土壌浸透モデル 162 m3

10
2005/9/4 21:00

22:30

0:00

緑地公園等における雨水浸透が降雨流出を抑制！

1:30

降雨量（mm/h)

対象地：おとめ山公園周辺域
対象降雨：2005年9月4日（集中豪雨）

ヒートアイラン現象の再現と適応策シナリオ：京橋川の有無による風況場への影響
３次元非定常数値計算をMSSG-Aを用いて実施し、京橋川の有無による影響を調べた。
結果：• 河口付近の高層ビルの影響により、河川上の熱境界層は急激に発達する。これにより、桜川上では弱風となり風の道の効果は小さい。
• 河川が有ることにより、河川上空における下降流が強まり、上空の涼風を地表面へと運ぶ効果が増大される。
• 河川が再生することにより、河口付近の空気をより西側まで運ぶようになる。
河川なしの計算結果

Sakura river

河川ありの計算結果

都市・臨海・港湾環境のマルチスケール性
都市環境は、時間，日々，季節とともに変化する気象・気候変動から影響を受ける非線形・非平衡な複雑系であるとともに，人口排熱などのミクロな人的スケールの現象から，街区，都市全体，地域全体が互いに影響を及ぼしあう，極めて高い動的な特徴を備えたマルチスケールシステムである。

23区・都市環境スケール
ヒートアイランド現象など

104 ～105m

103min区の都市計画スケール

103m
街区，住宅地，商業地
102mなどのスケール
個々のビルや道路，熱源などのスケール

102min
10min

1min
1～10m
空間スケール 時間スケール

気象・気候の変化を考慮した環境デザインとは？
風向は回転さ せる(a) 建物のみ(b ) 建物と 河川(c) 建物と 樹木(d ) 建物と 河川と 樹木

高解像度理想実験で得られる都市スケールの熱環境場
大気の流れ
顕熱フ ラ ッ ク ス
運動量フ ラ ッ ク ス
潜熱フ ラ ッ ク ス

大気の流れ

大気の流れ
熱交換

熱交換

粗視化することで得られる都市から発生する運動量、顕熱・潜熱フラックス(a) 河川・ 緑地の影響を 考慮し ない場合(b ) 河川・ 緑地の影響を 考慮する 場合都市の影響を受けるメソスケール気象・気候異なるスケールの熱環境が気象へどう影響するのか？ しないのか？
例：水辺や緑地が気象を変化させるスケールはどれくらいか？

ありがとうございました。