高速な3次元スペクトル大気大循環モデルの構築と大気力学研究への新たなアプローチ

高速3D光谱大气环流模型的构建和大气动力学研究的新方法

• 批准号: 20K04061
• 负责人: 石岡 圭一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04061/
• 关键词: 3次元スペクトル大気大循環モデル; 成層圏準2年周期振動; Pekerisモード; 線形固有値解析; 次元スペクトル大気大循環モデル; 鉛直解像度; 傾圧トイモデル; 傾圧渦; βドリフト; 不安定周期軌道; 傾圧擾乱; 大規模大気乱流; 3次元スペクトル大気大循環モデル; 成層圏準2年周期振動; Pekerisモード; 線形固有値解析; 次元スペクトル大気大循環モデル; 鉛直解像度; 傾圧トイモデル; 傾圧渦; βドリフト; 不安定周期軌道; 傾圧擾乱; 大規模大気乱流

本研究の目的は, 鉛直方向にもスペクトル法を用いた3次元スペクトルメカニステック大気大循環モデル(MCM)を構築し, それを高度に最適化・並列化することによって高速動作するように整備して本研究自体および研究コミュニティでの活用に寄与すること, および, 整備されたMCMを用いて初めて可能となる大気力学研究に対する新たなアプローチを試みることである.2022年度は, 2021年度に行った3次元スペクトルMCMの定式化について論文に発表したとともに, 作成した3次元スペクトルMCMを用いて, Yao and Jablonowski (2015)が示しているMCMにおいて成層圏準2年周期振動(QBO)的な振動現象が生じるかを, 鉛直差分法のモデルとも比較しながら調べた. 結果として, 3次元スペクトルMCMでは鉛直差分法のモデルと違ってQBO的振動は生じず, かつ鉛直差分法のモデルでも鉛直解像度を高めていくとQBO的振動が生じなることが明らかとなった. この結果は, MCMにおけるQBOが, 鉛直差分による離散化誤差のために生じている可能性を示すものである. この結果については投稿論文を準備中である. また, 本研究で作成した3次元スペクトルMCMを線形化することにより, 帯状の基本場を与えた場合の大気の自由振動の固有値を計算できるプログラムを作成した. 2022年1月のフンガ・トンガ-フンガ・ハアパイ(HTHH)の噴火の際に検出されたPekerisモード(Watanabe, et al, 2022)の等価深度に関して, そのプログラムを利用して等価深度を計算したところ, Salby (1979)による等価深度の計算法に不備を発見することにつながり, Pekerisモードの等価深度の計算について論文を投稿し, 掲載が決定している.

这项研究的目的是使用垂直方向构建一个3D光谱机理 - 技术大气环流模型（MCM），并通过高度优化和并行化IT来高速运行，从而为其在研究界和研究社区中的使用做出贡献，并尝试使用只能使用开发的MCM来实现大气动力学研究的新方法。在2022年，我们发表了一篇有关2021年3D光谱MCM制定的论文，并研究了使用创建的3D Spectral McM与vertical差异的模型进行比较，研究了平流层半生产周期性周期性振荡（QBO）振动现象（QBO）是否振动现象。结果，我们已经表明，在Yao和Jablonowski（2015）所示的MCM中发生了平流层半生产周期振荡（QBO）振动现象。结果，我们有一个垂直差异方法的模型。与垂直差异方法的模型不同，在3D光谱MCM中不会发生QBO振动，并且已经发现，即使在垂直差异方法的模型中，垂直分辨率也会增加时，就会发生QBO振动。该结果表明，MCM中的QBO可能是由垂直差异引起的离散误差引起的。我们目前正在为结果准备一篇论文。此外，通过在本研究中创建的3D光谱MCM线性化，我们创建了一个程序，可以在给出类似带状的基本场时计算大气游离振动的特征值。关于在2022年1月在匈牙利爆发期间检测到的北加人（Watanabe等，2022）的等效深度（Watanabe等，2022），于2022年1月，使用该程序计算了等效的深度。这导致了Salby（1979）在等效深度计算方法中发现缺陷，并在Pekeris模式下对等效深度的计算提交了一篇论文，并且已经决定将其发布。